DE19938811A1 - Uniform short wave IR heating equipment for glass and/or glass-ceramic, e.g. for ceramicizing or heating prior to shaping, includes an arrangement for indirect incidence of most of the IR radiation - Google Patents
Uniform short wave IR heating equipment for glass and/or glass-ceramic, e.g. for ceramicizing or heating prior to shaping, includes an arrangement for indirect incidence of most of the IR radiationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glaskeramikteilen mittels Verformung aus einem Glaskeramikrohling sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for producing glass ceramic parts by means of deformation from a glass ceramic blank and a device for Execution of the procedure.
Die Formgebung von Glaskeramiken, insbesondere die 3D-Formgebung erfolgt nach einem ersten Verfahren gemäß dem Stand der Technik ausgehend vom glasigen Vorprodukt, da nach erfolgter Keramisierung des Glases eine Verformung im allgemeinen nur über den Umweg über die Schmelze wieder möglich ist.The shaping of glass ceramics, in particular the 3D shaping takes place according to a first method according to the prior art starting from the glassy preliminary product, since after the ceramization of the Glases a deformation generally only via the detour via the Melt is possible again.
Um das Ausgangsglas der Glaskeramik mit den für Glas üblichen Verformungsverfahren wie beispielsweise Schwerkraftsenken oder Vakuumsenken verformen zu können, wird dieses typischerweise auf Temperaturen um 1000°Celsius erhitzt, in dem Kristallwachstum stattfindet, wenn vorher Keime gebildet worden sind. Beim Erwärmen des Ausgangsglases auf die Zieltemperatur von beispielsweise 1000°Celsius, bei der Kristallwachstum erfolgen kann, muß unvermeidbarerweise der Keimbildungsbereich, in dem kleinste Kristallisationskeime ausgeschieden werden und der zwischen 700°Celsius und 800°Celsius liegt, durchfahren werden.Around the starting glass of the glass ceramic with the usual for glass Deformation processes such as gravity sinks or To be able to deform vacuum sinks, this is typically due to Heated to temperatures around 1000 ° Celsius, in which crystal growth takes place, if germs have been formed beforehand. When heating the Output glass to the target temperature of 1000 ° Celsius, for example crystal growth can inevitably take place Nucleation area in which the smallest crystallization nuclei are excreted and between 700 ° Celsius and 800 ° Celsius become.
Um zu verhindern, daß im kritischen Bereich der Keimbildung eine Keimung, die inhomogen sein kann, einsetzt und die Eigenschaften der aus dem nachfolgenden Keramisierungsprozeß hervorgehenden Glaskeramik negativ beeinflußt werden, oder daß es durch die Vorkeimung im anschließenden Formgebungsverfahren zur Kristallisation kommt und dieses dadurch unmöglich wird, muß der Keimbildungsbereich so schnell als möglich durchfahren werden. To prevent germination in the critical area of nucleation, which can be inhomogeneous, uses and the properties of the from subsequent ceramization process resulting in glass ceramic negative be influenced, or that it by the pre-germination in the subsequent Shaping process for crystallization comes and this If the nucleation area becomes impossible as soon as possible be driven through.
Eine schnelle Aufheizung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß leistungsstarke Oberflächenheizungen, wie beispielsweise Gasbrenner, verwendet werden.Rapid heating can be achieved, for example, in that powerful surface heaters, such as gas burners, be used.
Als Oberflächenheizung werden ganz allgemein solche Heizungen bezeichnet, bei denen mindestens 50% der gesamten Wärmeleistung der Heizquelle in die Oberfläche beziehungsweise oberflächennahen Schichten des zu erwärmenden Objektes eingetragen werden.Such heaters are generally referred to as surface heating, where at least 50% of the total heat output of the heating source in the surface or layers close to the surface of the heating object.
Eine besondere Art einer Oberflächenheizung ist die oben beschriebene Erwärmung mit einer Gasflamme, wobei typischerweise die Flammtemperaturen bei 1000°Celsius liegen. Eine Erwärmung mittels Gasbrenner erfolgt zum größten Teil durch Übertragung der Wärmeenergie des heißen Gases über die Oberfläche des Ausgangsglases der Glaskeramik. Hierbei kann sich ein Temperaturgradient im Glas ergeben, der die Formgebung nachteilig beeinflussen kann.A special type of surface heating is that described above Heating with a gas flame, typically the Flame temperatures are around 1000 ° Celsius. A warming by means of Gas burners are largely made by transferring thermal energy of the hot gas over the surface of the starting glass of the glass ceramic. This can result in a temperature gradient in the glass, which the Shaping can adversely affect.
Um eine ausreichende Durchwärmung des Ausgangsglases mit Hilfe von Wärmeleitung zu erreichen, ist beim Gasbrenner ein hoher Leistungseintrag erforderlich. Eine derartige Erwärmung ist auf kleine Flächen beschränkt, da eine vollflächige Einbringung der erforderlichen Leistungsdichte mit Hilfe von Gasbrennern nicht möglich ist.To ensure sufficient warming of the starting glass with the help of Achieving heat conduction is a high power input for the gas burner required. Such heating is limited to small areas because a full coverage of the required power density with the help of Gas burners is not possible.
Die Erwärmung mit Gasbrennern ist somit nicht zur Herstellung komplexer 3D- Glaskeramiken geeignet, sondern auf einfache Geometrien beschränkt.The heating with gas burners is therefore not for the production of complex 3D Suitable for glass ceramics, but limited to simple geometries.
Weitere Nachteile der Erwärmung mit Gasbrennern sind beispielsweise:
Other disadvantages of heating with gas burners include:
- - eine relativ unkontrollierte Beflammung,- a relatively uncontrolled flame,
- - das Eintragen von Störgasen,- the entry of interfering gases,
die die Materialbeschaffenheit unerwünscht beeinflussen können. that can undesirably influence the material properties.
Eine andere Möglichkeit der Herstellung dreidimensional verformter Glaskeramiken besteht darin, diese während des Keramisierungsprozesses durch Auflegen auf die geeignete Form durchzuführen. Da hierbei jedoch nicht die eigentlich erforderlichen niedrigen Viskositäten auftreten, können zwar komplexe Geometrien geformt werden, jedoch nur mit sehr großen Biegeradien.Another way of producing three-dimensionally deformed Glass ceramics consist of these during the ceramization process by placing it on the appropriate shape. However, because of this not the low viscosities actually required can occur complex geometries are formed, but only with very large ones Bending radii.
Aus der PCT/FR96/00927 ist die Nachverarbeitung von Glaskeramikvorstufen bekanntgeworden, wobei direkt an der Schmelzwanne das gewalzte Glasband bei Erreichen der erforderlichen Temperatur von hohen Temperaturen herkommend der Formgebung unterzogen wurde, noch bevor der kritische Bereich der Keimbildung bei der Glaskeramik erreicht wurde.PCT / FR96 / 00927 describes the post-processing of glass ceramic precursors became known, the rolled glass ribbon directly on the melting tank when the required temperature of high temperatures is reached was subjected to the shaping even before the critical The area of nucleation in glass ceramics was reached.
Nachteilig an dem aus der PCT/FR96/00927 bekannten Verfahren ist der außerordentlich hohe Aufwand, da direkt in den kontinuierlichen Prozeß der Formglasherstellung eingegriffen werden muß. Zudem ist eine vom Wannenbetrieb unabhängige, nachfolgende Formgebung beispielsweise zwischengelagerter Glaskeramikrohlinge nach deren Abkühlung durch erneutes Aufheizen nicht möglich.The disadvantage of the method known from PCT / FR96 / 00927 is that extraordinarily high effort, because directly in the continuous process of Molded glass production must be intervened. In addition, one of the Trough operation independent, subsequent shaping for example intermediately stored glass ceramic blanks after they have cooled re-heating not possible.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Glaskeramikteilen mittels Verformung aus einem Glaskeramikrohling anzugeben, mit dem die zuvor beschriebenen Nachteile überwunden werden.The object of the invention is a method and an apparatus for manufacturing of glass ceramic parts by means of deformation from a glass ceramic blank specify with which the disadvantages described above are overcome.
Insbesondere soll das Verfahren folgende Möglichkeiten eröffnen:
In particular, the process should open up the following options:
- - einen vom Wannenbetrieb unabhängigen, beispielsweise nachgeschalteten Betrieb- An independent of the tub operation, for example downstream operation
- - komplexe 3D-Verformungen auch von Radien mit kleinsten Biegeradien- Complex 3D deformations of radii with the smallest bending radii
- - weitgehende Vermeidung störender Vorkeramisierung- largely avoid disruptive pre-ceramization
- - weitgehende Vermeidung störender Temperaturgradienten- To a large extent avoid disruptive temperature gradients
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem oberbegrifflichen Verfahren das Formgebungsverfahren unter Einsatz von IR- Strahlung, vorzugsweise kurzwelliger IR-Strahlung < 2,7 µm Wellenlänge bzw. NIR-Strahlung, durchgeführt wird.According to the invention the object is achieved in that generic process the shaping process using IR Radiation, preferably short-wave IR radiation <2.7 µm wavelength or NIR radiation is carried out.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Formgebungsverfahren als Nachverarbeitung eines Glaskeramikrohlinges vor dessen Keramisierung erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß das Glas jederzeit offline einer Verformung unterzogen werden kann.In a first embodiment of the invention it is provided that the Shaping process as post-processing of a glass ceramic blank its ceramization takes place. This has the advantage that the glass at all times can be subjected to deformation offline.
Alternativ hierzu wäre die Durchführung der Verformung gleichzeitig zusammen mit der Keramisierung des Glaskeramikrohlings.Alternatively, the deformation would be carried out simultaneously together with the ceramization of the glass ceramic blank.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der der Verformung unterzogene Glaskeramikrohling beziehungsweise der der Keramisierung unterzogene Glaskeramikrohling eine Glasplatte ist.It is particularly advantageous if the one subjected to the deformation Glass ceramic blank or the one subjected to the ceramization Glass ceramic blank is a glass plate.
Als Formgebungsverfahren sind sämtliche üblichen Formgebungsverfahren der Glasverarbeitung denkbar, beispielsweise das Verformen mittels Schwerkraftabsenkung, das durch Vakuum unterstützt sein kann. Man spricht dann von Vakuumsenken. Alternativ hierzu kann das Absenken in die Form mit Hilfe eines Pressstempels oder mit Hilfe des Einblasens von Luft erfolgen.All usual shaping processes are considered as shaping processes glass processing is conceivable, for example by means of shaping Gravity reduction, which can be supported by vacuum. One speaks then from vacuum sinks. Alternatively, lowering into the mold with the help of a press ram or with the help of air blowing.
Neben einem Formgebungsprozeß durch Absenken in eine Form kann alternativ oder kombiniert mit dem Absenkungsprozeß eine gerichtete IR- Bestrahlung des zu formenden oder Glaskeramikrohlinges erfolgen, wodurch eine gezielte zonenweise Erwärmung und damit Formgebung vorgenommen werden kann. In addition to a molding process by lowering it into a mold alternatively or in combination with the lowering process, a directional IR Irradiation of the to be molded or glass ceramic blank take place, whereby targeted zone-by-zone heating and thus shaping can be.
Unterstützend oder alternativ zu einer gerichteten IR-Strahlung, können gezielt bestimmte Bereiche des Rohlinges durch Einbringen von entsprechend ausgestalteten Blenden erwärmt oder im Kalten gehalten werden.Supporting or alternatively to a directed IR radiation can be targeted certain areas of the blank by inserting accordingly designed screens heated or kept cold.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das gesamte Formgebungsverfahren in einem IR-Strahlungshohlraum durchgeführt wird und die Erwärmung mit Hilfe von IR-Strahlern als Strahlungsquellen erfolgt.It is particularly preferred if the entire shaping process is in an IR radiation cavity is carried out and the heating is carried out with the help by IR emitters as radiation sources.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Anteil der indirekt, d. h. der rückgestreuten bzw. reflektierten Strahlung, die auf die zu erwärmende Glaskeramik einwirkt, mehr als 50%, bevorzugt mehr als 60%, bevorzugt mehr als 70%, besonders bevorzugt mehr als 80%, besonders bevorzugt mehr als 90%, insbesondere mehr als 98% der Gesamtstrahlungsleistung beträgt.It is particularly advantageous if the proportion of the indirect, ie. H. the backscattered or reflected radiation that is to be heated Glass ceramic acts, more than 50%, preferably more than 60%, preferred more than 70%, particularly preferably more than 80%, particularly preferred more than 90%, in particular more than 98% of the total radiation power is.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die IR-Strahler im Hohlraum derart angeordnet sind, daß nur eine Seite des Glaskeramikrohlinges direkt mit Hilfe dieser Strahler erwärmt wird und die andere Seite aufgrund der hohen Wandreflektivität im IR-Strahlungshohlraum mit zurückreflektierter beziehungsweise gestreuter indirekter IR-Strahlung.In one embodiment of the invention it is provided that the IR emitter in Cavity are arranged so that only one side of the Glass ceramic blank is heated directly with the help of this heater and the other side due to the high wall reflectivity in the IR radiation cavity with back-reflected or scattered indirect IR radiation.
Zur Homogenisierung der Temperatur kann eine Vorerwärmung beispielsweise in einem konventionellen Ofen vorgenommen werden. Auch die Nacherwärmung einer geformten Glaskeramik ist denkbar.Preheating can be used to homogenize the temperature for example in a conventional oven. Reheating a shaped glass ceramic is also conceivable.
Neben dem Verfahren stellt die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, daß sie einen IR-Strahlungshohlraum mit die IR-Strahlung reflektierenden Wänden umfaßt, wobei eine Vielzahl von IR-Strahlern im IR- Strahlungshohlraum angeordnet sind. In addition to the method, the invention also provides a device for Implementation of the procedure is available, which is particularly characterized by this distinguishes that they have an IR radiation cavity with the IR radiation reflecting walls, with a variety of IR emitters in the IR Radiation cavity are arranged.
IR-Strahlungshohlräume zeigen beispielsweise die US-A-4789771 sowie die EP-A-0 133 847, deren Offenbarungsgehalt in die vorliegende Anmeldung vollumfänglich miteinbezogen wird. Vorzugsweise beträgt der Anteil der von den Wandflächen reflektierten und/oder gestreuten Infrarot-Strahlung mehr als 50% der auf diese Flächen auftreffenden Strahlung.IR radiation cavities are shown, for example, in US-A-4789771 and US Pat EP-A-0 133 847, the disclosure content of which in the present application is fully involved. The proportion is preferably from infrared radiation reflected and / or scattered on the wall surfaces more than 50% of the radiation striking these areas.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Anteil der von der Wandflächen reflektierten und/oder gestreuten Infrarot-Strahlung mehr als 90%, insbesondere mehr als 98%, beträgt.It is particularly preferred if the proportion of the wall surfaces reflected and / or scattered infrared radiation more than 90%, in particular more than 98%.
Ein besonderer Vorteil der Verwendung eines IR-Strahlungshohlraumes ist, daß es sich bei Verwendung von sehr stark reflektierenden und/oder rückstreuenden Wandmaterialien um einen Resonator hoher Güte Q handelt, der nur mit geringen Verlusten behaftet ist und daher eine hohe Energieausnutzung gewährleistet.A particular advantage of using an IR radiation cavity is that it is when using highly reflective and / or backscattering wall materials is a high quality resonator Q, which has only low losses and is therefore high Guaranteed energy utilization.
Bei der Verwendung diffus rückstreuender Wandmaterialien wird eine besonders gleichmäßige Durchstrahlung aller Volumenelemente des Hohlraumes unter alten Winkeln erreicht. Damit werden etwaige Abschattungseffekte bei komplex geformten Glaskeramikteilen vermieden.If diffuse backscattering wall materials are used, a particularly uniform radiation of all volume elements of the Cavity reached under old angles. With this, any Shading effects avoided with complex shaped glass ceramic parts.
Als rückstreuendes, d. h. remittierendes Wandmaterial können beispielsweise geschliffene Quarzal-Platten mit beispielsweise einer Dicke von 30 mm Verwendung finden.As a backscattering, i.e. H. remitting wall material can for example ground quartz plates with a thickness of 30 mm, for example Find use.
Auch andere die IR-Strahlung rückstreuende Materialien sind als
Wandmaterialien oder Beschichtungen des IR-Strahlungshohlraumes möglich,
beispielsweise eine oder mehrere der nachfolgenden Materialien:
Other materials that scatter the IR radiation are also possible as wall materials or coatings of the IR radiation cavity, for example one or more of the following materials:
Al2O3; BaF2; BaTiO3. CaF2; CaTiO3;
MgO . 3,5 Al2O3; MgO, SrF2; SiO2;
SrTiO3; TiO2; Spinell; Cordierit;
Cordierit-SinterglaskeramikAl 2 O 3 ; BaF 2 ; BaTiO 3 . CaF 2 ; CaTiO 3 ;
MgO. 3.5 Al 2 O 3 ; MgO, SrF 2 ; SiO 2 ;
SrTiO 3 ; TiO 2 ; Spinel; Cordierite;
Cordierite sintered glass ceramic
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die IR-Strahler eine Farbtemperatur größer als 1500 K, besonders bevorzugt größer als 2000 K auf.In a preferred embodiment of the invention, the IR radiators have a color temperature greater than 1500 K, particularly preferably greater than 2000 Purchase.
Um eine Überhitzung der IR-Strahler zu vermeiden sind diese vorteilhafterweise gekühlt, insbesondere wassergekühlt.In order to avoid overheating of the IR emitters, these are advantageously cooled, in particular water-cooled.
Zur gezielten Erwärmung der Glaskeramik beispielsweise mit Hilfe gerichteter Strahler ist vorgesehen, daß die IR-Strahler einzeln ausschaltbar, insbesondere in ihrer elektrischen Leistung regelbar sind.For targeted heating of the glass ceramic, for example with the help of directed It is provided that the IR emitters can be switched off individually, in particular in terms of their electrical power can be regulated.
Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft anhand der Figuren sowie der Ausführungsbeispiele beschrieben werden.The invention is intended to be exemplified below with reference to the figures and Exemplary embodiments are described.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 die Planck-Kurve eines möglichen IR-Strahlers mit einer Temperatur von 2400 K. Fig. 1 is the Planck curve of a possible IR radiator with a temperature of 2400 K.
Fig. 2A den prinzipiellen Aufbau einer Heizvorrichtung gemäß der Erfindung mit Strahlungshohlraum. Fig. 2A shows the basic structure of a heater according to the invention with radiation cavity.
Fig. 2B die Remissionskurve über der Wellenlänge von Al2O3 Sintox AL der Fa. Morgan Matroc, Troisdorf, mit einem Remissionsgrad < 95%, über einen weiten Spektralbereich < 98%, im IR- Wellenlängenbereich. FIG. 2B, the reflectance curve versus wavelength of Al 2 O 3 Sintox AL Fa. Morgan Matroc, Troisdorf, with a reflectance <95%, over a wide spectral range <98%, in the IR wavelength range.
Fig. 3 die Aufheizkurve eines zu keramisierenden Glaskeramikrohlings in einer Heizvorrichtung umfassend einen IR- Strahlungshohlraum. Fig. 3, the heating curve of a ceramic-glass-ceramic blank comprising to a heater in an IR radiation cavity.
Fig. 4A+B Verformung eines Glaskeramikrohlings mit Schwerkraftsenken. FIG. 4A + B deformation of a glass-ceramic blank with gravity sinks.
Fig. 5A+B Verformung eines Glaskeramikrohlings mit Vakuumsenken. Fig. 5A + B deformation of a glass-ceramic blank with vacuum sinks.
Fig. 6A+B Verformung eines Glaskeramikrohlings mit Senken, unterstützt durch ein Preßwerkzeug. Fig. 6A + B deformation of a glass ceramic blank with depressions, supported by a pressing tool.
Fig. 7A+B Verformung eines Glaskeramikrohlings mit Senken unterstützt durch Überdruck. FIG. 7A + B deformation of a glass-ceramic blank with lowering assisted by excess pressure.
Fig. 8 Verformung eine Glaskeramikrohlings durch gerichtete IR- Strahler Fig. 8 deformation of a glass ceramic blank by directional IR emitters
Fig. 9 Verformung eines Glaskeramikrohlings in einem IR- Strahlungshohlraum mit Blende. Fig. 9 deformation of a glass ceramic blank in an IR radiation cavity with an aperture.
Fig. 1 zeigt die Intensitätsverteilung einer IR-Strahlungsquelle, wie sie zur Erwärmung eines Glaskeramikrohlings für eine komplexe Formgebung gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Die zur Anwendung gelangenden IR- Strahler können lineare Halogen IR-Quarzrohrstrahler mit einer Nennleistung von 2000 W bei einer Spannung von 230 V sein, welche bevorzugt eine Farbtemperatur von 2400 K besitzen. Diese IR-Strahler haben entsprechend dem Wienschen Verschiebungsgesetz ihr Strahlungsmaximum bei einer Wellenlänge von 1210 nm. Fig. 1 shows the intensity distribution of a IR radiation source, as it can be used for heating a glass-ceramic blank for forming a complex according to the invention. The IR emitters used can be linear halogen IR quartz tube emitters with a nominal output of 2000 W at a voltage of 230 V, which preferably have a color temperature of 2400 K. These IR emitters have their radiation maximum at a wavelength of 1210 nm in accordance with Vienna's law of displacement.
Bei dem erfindungsgemäßen Formgebungsverfahren befinden sich die Heizeinrichtung und das Glühgut beziehungsweise der zu formende Glaskeramikrohling in einem mit IR-Strahlern bestückten IR- Strahlungshohlraum. Das setzt voraus, daß die Quarzglasstrahler selbst genügend temperaturbeständig oder entsprechend gekühlt sind. Das Quarzglasrohr ist bis etwa 1100°Celsius einsetzbar. Bevorzugt ist es, die Quarzglasrohre erheblich länger auszubilden als die Heizwendel und aus dem Heißbereich herauszuführen, so daß die Anschlüsse im Kaltbereich sind, um die elektrischen Anschlüsse nicht zu überhitzen. Die Quarzglasrohre können mit und ohne Beschichtung ausgeführt sein.In the shaping process according to the invention, the Heating device and the annealing material or the one to be shaped Glass ceramic blank in an IR equipped with IR radiators Radiation cavity. This presupposes that the quartz glass emitters themselves are sufficiently temperature-resistant or cooled accordingly. The Quartz glass tube can be used up to around 1100 ° Celsius. It is preferred that To train quartz glass tubes considerably longer than the heating coil and out of it Lead out the hot area so that the connections are in the cold area to not to overheat the electrical connections. The quartz glass tubes can with and without coating.
In Fig. 2A ist eine erste Ausführungsform einer Heizvorrichtung für ein Formgebungsverfahren gemäß der Erfindung mit einem lR- Strahlungshohlraum dargestellt.In Fig. 2A, a first embodiment is a heating apparatus for a molding process of the invention with a radiation LR cavity illustrated in accordance with.
Die in Fig. 2A dargestellte Heizvorrichtung umfaßt eine Vielzahl von IR- Strahlern 1, die unterhalb eines Reflektors 3 angeordnet sind. Durch den Reflektor 3 wird erreicht, daß die vom IR-Strahler in andere Richtung abgegebene Leistungen auf den Glaskeramikrohling gelenkt werden. Die von den IR-Strahlern abgegebene IR-Strahlung durchdringt teilweise den in diesem Wellenlängenbereich transparenten Glaskeramikrohling 5 und trifft auf eine Trägerplatte 7 aus stark reflektierendem beziehungsweise stark streuendem Material. Besonders geeignet hierfür ist Quarzal, das auch im Infraroten ungefähr 90% der auftreffenden Strahlung reflektiert. Alternativ hierzu könnte auch Al2O3 Verwendung finden, das einen Reflexionsgrad von ungefähr 98% aufweist. Auf die Trägerplatte 7 wird der Glaskeramikrohling 5 mit Hilfe von beispielsweise Quarzal- oder Al2O3 Streifen 9 aufgesetzt. Die Temperatur der Unterseite kann durch ein Loch in der Trägerplatte mittels eines Pyrometers gemessen werden.The heating device shown in FIG. 2A comprises a plurality of IR radiators 1 which are arranged below a reflector 3 . The reflector 3 ensures that the powers emitted by the IR radiator in the other direction are directed onto the glass ceramic blank. The IR radiation emitted by the IR emitters partially penetrates the glass ceramic blank 5 that is transparent in this wavelength range and strikes a carrier plate 7 made of highly reflective or strongly scattering material. Quartzal is particularly suitable for this purpose, which also reflects about 90% of the incident radiation in the infrared. Alternatively, Al 2 O 3 could also be used, which has a reflectance of approximately 98%. The glass ceramic blank 5 is placed on the carrier plate 7 with the aid of, for example, quartzal or Al 2 O 3 strips 9 . The temperature of the bottom can be measured through a hole in the carrier plate using a pyrometer.
Die Wände 10 können zusammen mit Reflektor 3 und Trägerplatte 7 bei entsprechender Ausgestaltung mit reflektierendem Material bzw. Quarzal oder Al2O3 einen IR-Strahlungshohlraum hoher Güte ausbilden. The walls 10 can form an IR radiation cavity of high quality together with the reflector 3 and carrier plate 7 with a corresponding configuration with reflective material or quartzal or Al 2 O 3 .
Fig. 3 zeigt die Heizkurve eines umzuformenden Glaskeramikrohlinges gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei die zu keramisierende Glasprobe Abmessungen von etwa 200 mm bei einer Dicke von 4 mm aufwies. Fig. 3, the heating curve of a glass-ceramic blank to be formed is according to a method according to the invention, wherein the ceramic-glass sample had mm to dimensions of about 200 mm at a thickness of 4.
Das Heizverfahren beziehungsweise die Wärmebehandlung erfolgte wie nachfolgend beschrieben:The heating process or heat treatment was carried out as described below:
Die Erwärmung der umzuformenden und im Anschluß zu keramisierenden Glasproben erfolgte zunächst in einem mit Quarzal umbauten IR- Strahlungshohlraum gemäß Fig. 3, dessen Decke durch einen Aluminiumreflektor mit darunter befindlichen IR-Strahlern gebildet wurde. Die Glasproben wurden in geeigneter Art und Weise auf Quarzal gelagert.The glass samples to be reshaped and subsequently ceramized were first heated in an IR radiation cavity enclosed with quartzal as shown in FIG. 3, the ceiling of which was formed by an aluminum reflector with IR radiators underneath. The glass samples were appropriately stored on quartzal.
Im IR-Strahlungshohlraum wurde das Glas durch mehrere Halogen IR-Strahler direkt angestrahlt, die sich in einem Abstand von 10 mm bis 150 mm über dem zu keramisierenden Glas befanden.The glass was placed in the IR radiation cavity by several halogen IR emitters directly illuminated, which are at a distance of 10 mm to 150 mm above the glass to be ceramized.
Das Aufheizen des Glases fand nunmehr mittels Ansteuerung der IR-Strahler über einen Thyristorsteller auf Grundlage von Absorptions-, Reflexions- und Streuprozesse statt, wie nachfolgend eingehend beschrieben:The glass was then heated up by activating the IR emitters via a thyristor controller based on absorption, reflection and Scattering processes take place as described in detail below:
Da die Absorptionslänge der verwendeten kurzwelligen IR-Strahlung im Glas sehr viel größer ist als die Abmessungen der zu erwärmenden Gegenstände, wird der größte Teil der auftreffenden Strahlung durch die Probe hindurchgelassen. Da andererseits die absorbierte Energie pro Volumen an jedem Punkt des Glases nahezu gleich ist, wird eine über das gesamte Volumen homogene Erwärmung erzielt. Bei dem Verfahren gemäß Fig. 3 befinden sich die IR-Strahler und das zu erwärmende Glas in einem Hohlraum, dessen Wände aus einem Material mit einer Oberfläche hoher Reflektivität besteht, wobei zumindest ein Teil der Wandfläche die auftreffende Strahlung überwiegend diffus zurückstreut. Dadurch gelangt der überwiegende Teil der zunächst von dem Glas hindurchgelassenen Strahlung nach Reflexion beziehungsweise Streuung an der Wand erneut in den zu erwärmenden Gegenstand und wird wiederum teilweise absorbiert. Der Weg der auch beim zweiten Durchgang durch das Glas hindurchgelassenen Strahlung setzt sich analog fort. Mit diesem Verfahren wird nicht nur eine in der Tiefe homogene Erwärmung erreicht, sondern auch die eingesetzte Energie deutlich besser als bei nur einfachem Durchgang durch das Glas ausgenutzt.Since the absorption length of the short-wave IR radiation used in the glass is much larger than the dimensions of the objects to be heated, the majority of the incident radiation is transmitted through the sample. On the other hand, since the absorbed energy per volume is almost the same at every point of the glass, a homogeneous heating is achieved over the entire volume. In the method according to FIG. 3, the IR radiators and the glass to be heated are located in a cavity, the walls of which consist of a material with a surface with high reflectivity, with at least a part of the wall surface scattering the incident radiation predominantly diffusely. As a result, the major part of the radiation initially let through the glass after reflection or scattering on the wall again reaches the object to be heated and is in turn partially absorbed. The path of the radiation that is transmitted through the glass during the second pass continues analogously. This process not only achieves homogeneous heating in depth, but also uses the energy used much better than with a simple passage through the glass.
In Fig. 4 ist der Aufbau für eine Formgebung eines Glaskeramikrohlinges 5 in einem IR-Strahlungshohlraum mit IR-Heizstrahlern 1 mit Hilfe von Schwerkraftsenken dargestellt. FIG. 4 shows the structure for shaping a glass ceramic blank 5 in an IR radiation cavity with IR radiant heaters 1 using gravity sinks.
Die IR-Strahler 1 sind im Strahlungshohlraum oberhalb des zu formenden Glaskeramikrohüngs 5 angeordnet. Oberhalb der IR-Strahler 1 befinden sich Reflektoren 3.The IR radiators 1 are arranged in the radiation cavity above the glass ceramic tube 5 to be molded. Reflectors 3 are located above the IR radiators 1 .
Die IR-Strahler 1 erwärmen den Glaskeramikrohling 5 von der Oberseite. Die Form 50, in die der Rohling 5 sinkt, ist mit IR-reflektierendem Material ebenso wie die Wände 10 des IR-Strahlungshohlraumes beschichtet. Die auf die Wände 10 beziehungsweise die Form 50 auftreffende IR-Strahlung wird zu einem Anteil von mehr als 50%, vorzugsweise 90 bzw. 95%, besonders bevorzugt 98% reflektiert. Die zurückreflektierte Strahlung erwärmt beim nochmaligen Durchgang wiederum den Glaskeramikrohling.The IR radiators 1 heat the glass ceramic blank 5 from the top. The form 50 into which the blank 5 sinks is coated with IR-reflecting material, as are the walls 10 of the IR radiation cavity. The IR radiation impinging on the walls 10 or the mold 50 is reflected in a proportion of more than 50%, preferably 90 or 95%, particularly preferably 98%. The radiation reflected back warms the glass ceramic blank when it is passed through again.
Wird eine bestimmte Temperatur in dem Glaskeramikrohling überschritten, so senkt sich der erwärmte Glaskeramikrohling in die Form 50 aufgrund ihrer Schwerkraft ab wie in Fig. 4 B dargestellt. If a certain temperature is exceeded in the glass ceramic blank, the heated glass ceramic blank lowers into the mold 50 due to its gravity, as shown in FIG. 4B.
Der Formgebungsprozeß kann sowohl vor der Keramisierung an einem Glaskeramikrohling durchgeführt werden oder aber auch zusammen mit dem Keramisierungsprozeß. Nach Abschluß des Formgebungsprozesses wird das geformte Glaskeramikteil nach Abstellen der Beheizung mittels der IR-Strahler aus der Form entnommen.The shaping process can be carried out on one before the ceramization Glass ceramic blank can be carried out or together with the Ceramization process. After completing the molding process, this will be Shaped glass ceramic part after the heating has been switched off using the IR radiator taken from the mold.
Der Formungsprozeß kann durch Anlegen von Vakuum, wie in den Fig. 5 A und 5 B dargestellt, unterstützt werden.The forming process can be supported by applying a vacuum, as shown in FIGS. 5A and 5B.
Hierzu ist vorgesehen, unterhalb des zu formenden Glaskeramikrohlinges 5 in der Form einen Vakuumanschluß 52 vorzusehen.For this purpose, it is provided to provide a vacuum connection 52 below the glass ceramic blank 5 to be molded.
Die Schwerkraftabsenkung nach Erwärmung durch die IR-Strahler wird durch Anlegung eines Vakuums unterstützt.The lowering of gravity after heating by the IR emitters is carried out by Vacuum application supported.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, wie in Fig. 6 A und 6 B dargestellt, den Verformungsprozeß mit einem Pressstempel 54 zu unterstützen. Hierzu werden vorteilhafterweise nach Erwärmung der Platte die IR-Strahler, die sich oberhalb der zu erwärmenden Platte befinden, verfahren und anschließend mit Hilfe des Presswerkzeuges beziehungsweise Pressstempels 52 die erwärmte Platte 5 in die Form abgesenkt.As an alternative to this, it can be provided, as shown in FIGS. 6 A and 6 B, to support the deformation process with a press ram 54 . For this purpose, after the plate has been heated, the IR radiators which are located above the plate to be heated are advantageously moved and then the heated plate 5 is lowered into the mold with the aid of the pressing tool or press die 52 .
Anstelle eines Absenkens mit einem Pressstempel 54 kann wie in Fig. 7 A und 7 B dargestellt, vorgesehen sein, durch Einblasen eines Überdruckes mit Hilfe eines Blaswerkzeuges 56 die erwärmte Platte in die Form zu bringen.Instead of lowering with a press ram 54 , as shown in FIGS. 7A and 7B, provision can be made to bring the heated plate into the mold by blowing in excess pressure with the aid of a blowing tool 56 .
In Fig. 8 ist die selektive Aufheizung eines Glaskeramikrohlinges mit Hilfe von gerichteten IR-Strahlern 100 gezeigt.In FIG. 8, the selective heating of a glass-ceramic blank by means of directed infrared heaters 100 is shown.
Durch eine derart gerichtete Aufheizung können die Verformungsprozesse in ganz bestimmten Bereichen der zu formenden Glaskeramik in Gang gesetzt werden. Durch Einzelansteuerung der gerichteten IR-Strahler 100 ist es möglich, über eine Fläche verteilt Temperaturprofile in der zu formenden Glaskeramik herzustellen und so der Glaskeramik eine beliebige, vorbestimmte Form zu geben.By means of such a directed heating, the deformation processes can be started in very specific areas of the glass ceramic to be shaped. By individually controlling the directional IR radiators 100 , it is possible to produce temperature profiles distributed over an area in the glass ceramic to be shaped and thus to give the glass ceramic any desired, predetermined shape.
Anstelle von gerichteten und einzeln angesteuerten IR-Strahlern können auch Blenden 102 vorgesehen sein, die zwischen die IR-Strahler 100 und die Oberseite der zu erwärmenden Platte 5 eingebracht werden.Instead of directed and individually controlled IR emitters, diaphragms 102 can also be provided, which are introduced between the IR emitters 100 and the top of the plate 5 to be heated.
Eine derartige Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 9 dargestellt.Such an embodiment of the invention is shown in FIG. 9.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Materialtemperaturen im Bereich von 1150 Grad Celsius bis 1200 Grad Celsius und darüber erreicht, wobei sich auch erreichen läßt, daß die Temperaturinhomogenität im Werkstück vor dem Formgebungsprozess +/- 10 K nicht überschreitet.With the inventive method material temperatures in Range from 1150 degrees Celsius to 1200 degrees Celsius and above, it can also be achieved that the temperature inhomogeneity in the Workpiece does not exceed +/- 10 K before the shaping process.
Bei der Entnahme des geformten Teiles beträgt die Temperatur der geformten Glaskeramik vorzugsweise weniger als 250 Grad Celsius, die Abkühlgeschwindigkeit der Glaskeramik bei ausgeschaltetem Strahler liegt vorzugsweise oberhalb von 150 Grad Celsius pro Minute.When the molded part is removed, the temperature of the molded part is Glass ceramic preferably less than 250 degrees Celsius The cooling rate of the glass ceramic lies when the radiator is switched off preferably above 150 degrees Celsius per minute.
Die Aufheizung mit Hilfe der IR-Strahlungsmethode dauert vorzugsweise weniger als 60 Sekunden und die Kühlung weniger als 180 Sekunden. Die Kühlung kann sowohl außerhalb wie innerhalb des Aggregates erfolgen. Damit lassen sich Taktzeit von 60 sec bei Kühlung außerhalb des Aggregatas und von weniger als 5 min bei Kühlung innerhalb des Aggregates erreichen.Heating using the IR radiation method preferably takes time less than 60 seconds and cooling less than 180 seconds. The Cooling can take place both outside and inside the unit. This allows a cycle time of 60 seconds when cooling outside the aggregate and achieve less than 5 minutes with cooling within the unit.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können beispielsweise rinnenförmige Bauteile mit einem Kreisbogenquerschnitt von r kleiner als 150 mm bei einer Weite des Bauteiles kleiner 200 mm realisiert werden sowie beispielsweise rinnenförmige Bauteile mit rechteckigem beziehungsweise trapezförmigem Querschnitt geformt werden.With the help of the method according to the invention, for example trough-shaped components with a circular cross section of r less than 150 mm can be realized with a width of the component less than 200 mm as well for example channel-shaped components with a rectangular or trapezoidal cross section.
Auch komplexe Verformungen dreidimensionaler Art sind möglich.Even complex three-dimensional deformations are possible.
Claims (25)
- 1. 18.1 einen IR-Strahlungshohlraum mit die IR-Strahlung reflektierenden Wänden
- 2. 18.2 einen oder mehrere IR-Strahler.
- 1. 18.1 an IR radiation cavity with walls reflecting the IR radiation
- 2. 18.2 one or more IR emitters.
Al2O3; BaF2; BaTiO3. CaF2; CaTiO3;
MgO . 3,5 Al2O3; MgO, SrF2; SiO2;
SrTiO3; TiO2; Spinell; Cordierit;
Cordierit-Sinterglaskeramik22. Device according to one of claims 18 to 20, characterized in that the reflective or backscattering walls comprise one or more of the following materials:
Al 2 O 3 ; BaF 2 ; BaTiO 3 . CaF 2 ; CaTiO 3 ;
MgO. 3.5 Al 2 O 3 ; MgO, SrF 2 ; SiO 2 ;
SrTiO 3 ; TiO 2 ; Spinel; Cordierite;
Cordierite sintered glass ceramic
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| 8130 | Withdrawal |