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Die Erfindung betrifft einen Blaskasten und eine diesen enthaltende Vorrichtung zum thermischen Vorspannen von Glasscheiben.
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Das thermische Härten von Glasscheiben ist seit langem bekannt. Es wird häufig auch als thermisches Vorspannen oder Tempern bezeichnet. Lediglich beispielhaft sei auf die Patentdokumente
GB 505188 A ,
DE 710690 A ,
DE 808880 B ,
DE 1056333 A aus den 1930er bis 1950er Jahren verwiesen. Eine auf knapp unter Erweichungstemperatur erhitzte Glasscheibe wird dabei mit einem Luftstrom beaufschlagt, die zu einem raschen Abkühlen (Abschrecken) der Glasscheibe führt. Dadurch bildet sich in der Glasscheibe ein charakteristisches Spannungsprofil aus, wobei Druckspannungen an den Oberflächen und Zugspannungen im Kern der Glasscheibe vorherrschen. Dies hat auf zweierlei Weise Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Glasscheibe. Erstens wird die Bruchstabilität der Scheibe gesteigert und sie kann höheren Belastungen widerstehen als eine ungehärtete Scheibe. Zweitens erfolgt ein Glasbruch nach Penetration der zentralen Zugspannungszone (etwa durch Beschädigung durch einen spitzen Stein oder durch absichtliches Zerstören mit einem spitzen Notfallhammer) nicht in Form großer scharfkantiger Scherben, sondern in Form kleiner, stumpfer Fragmente, wodurch die Verletzungsgefahr erheblich herabgesetzt wird.
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Aufgrund der vorstehend beschriebenen Eigenschaften werden thermisch vorgespannte Glasscheiben als sogenanntes Einscheibensicherheitsglas im Fahrzeugbereich eingesetzt, insbesondere als Heckscheiben und Seitenscheiben. Insbesondere im Falle von Personenkraftwagen sind die Scheiben typischerweise gebogen. Das Biegen und Vorspannen erfolgt dabei kombiniert: die Scheibe wird durch Erhitzen erweicht, in die gewünschte gebogene Form gebracht und anschließend mit dem abkühlenden Luftstrom beaufschlagt, wobei die Vorspannung erzeugt wird. Hierbei kommen sogenannte Blaskästen (quench box, quench head) zum Einsatz, denen durch starke Ventilatoren der Luftstrom zugeleitet wird und die den Luftstrom möglichst gleichmäßig über die Scheibenoberfläche aufteilen.
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Es sind verschiedene Arten von Blaskästen bekannt. Relativ einfache Blaskästen sind durch eine Düsenplatte abgeschlossen, in der die Düsen, mittels derer die Glasscheibe mit Luft beaufschlagt wird, in der Art eines zweidimensionalen Musters verteilt sind. Blaskästen dieser Art sind beispielsweise aus
GB 505188 A ,
US 4662926 A und
EP 0002055 A1 bekannt. Bei komplexeren Blaskästen wird der Luftstrom in verschiedene Kanäle aufgeteilt, die jeweils mit einer Düsenleiste abgeschlossen sind. Die Düsenleisten weisen eine einzelne Reihe von Düsen auf, die auf die Glasscheibe gerichtet sind und die den Luftstrom jedes Kanals erneut aufteilen und die Glasscheibe mit dem nun großflächig verteilten Luftstrom beaufschlagen. Blaskästen dieser Art mit Düsenleisten sind beispielsweise in
DE 3612720 C2 ,
DE 3924402 C1 und
WO 2016054482 A1 offenbart.
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Sind die vorzuspannenden Glasscheiben plan oder zylindrisch, also nur entlang einer Raumrichtung gebogen, so können die Blaskästen samt Düsen (im Hinblick auf ihren Abstand zur Glasscheibe) stationär verbleiben, während die vorzuspannenden Glasscheiben nacheinander in den Zwischenraum zwischen den Blaskästen und wieder aus dem Zwischenraum heraus befördert werden. Dabei sind auch solche Blaskästen bekannt, die mit ihren Düsen über Verbindungselemente veränderlicher Länge verbunden sind. Dadurch kann die Positionierung der Düsen eingestellt werden, so dass Scheibentypen unterschiedlicher Form, also insbesondere unterschiedlicher Abmessung und unterschiedlicher Biegung, mit derselben Vorrichtung vorgespannt werden können. Die Positionierung der Düsen wird dann anfangs auf den vorzuspannenden Scheibentyp eingestellt. Das Vorspannen der Scheibe dieses Scheibentyps erfolgt dann für die gesamte Produktionsserie mit dieser Einstellung, wobei der Abstand der Düsen von der Vorspannposition der Glasscheiben unveränderlich bleibt. Blaskästen dieser Art sind beispielsweise aus
EP0421784A1 ,
US4314836A ,
US4142882 und
DE1056333B1 bekannt. Der Transport der Glasscheiben kann dabei horizontal liegend auf Rollen erfolgen, wie in
EP0421784A1 , vertikal an einer Zange aufgehängt, wie in
US4142882 und
DE1056333B1 , oder horizontal liegend auf einer Rahmenform, wie in
US4314836A .
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Aus
US6722160B1 ist eine Vorrichtung zum Vorspannen gebogener Glasscheiben bekannt, wobei die gebogene Glasscheibe mittels Rollen durch eine Anordnung von Düsen hindurchtransportiert wird. Zu einem gegebenen Zeitpunkt wird die Glasscheibe jeweils nur von einer Untermenge aller Düsen mit einem Luftstrom beaufschlagt. Dabei wird die Positionierung derjenigen Rollen und Düsen, denen die Glasscheibe in einem bestimmten Moment zugeordnet sind, durch simultane Vertikalverschieben an die Form der Scheibe angepasst. Eine ähnliche Vorrichtung ist aus
JP2004189511A bekannt. Da die Anpassung an die Scheibenform durch eine Relativverschiebung der Rollen zueinander erreicht wird, betrifft diese Anpassung nur die Scheibenkrümmung entlang der Raumrichtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der einzelnen Rollen. Eine Anpassung an die Scheibenkrümmung entlang der Raumrichtung parallel zur Erstreckungsrichtung der einzelnen Rollen ist nicht möglich. Dadurch ist diese Vorrichtung ebenfalls nur für zylindrisch gekrümmte Scheiben optimal einsetzbar.
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Da Fahrzeugscheiben typischerweise in beide Raumrichtungen gebogen sind, also gleichsam kesselartig ausgebildet sind, ist es nicht möglich, sie zum Vorspannen zwischen zwei stationäre Blaskästen zu bewegen. Die Düsenaustrittsfläche weist nämlich eine Krümmung auf, die an diejenige der Glasscheibe angepasst ist, so dass alle Düsenöffnungen im Wesentlichen den gleichen Abstand zur Scheibenoberfläche haben. Um die gebogenen Scheibe zwischen die komplementär gebogenen Blaskästen einfahren zu können, müssen sich die Blaskästen in einem relativ weit beabstandeten Zustand befinden. In diesem Zustand hätten die Blaskästen dann zumindest lokal einen zu großen Abstand zur Scheibenoberfläche, was die Vorspanneffizienz zu stark herabsetzen würde. Die Düsenöffnungen müssen möglichst nah an der Scheibenoberfläche angeordnet sein, um eine optimale Vorspanneffizienz zu erreichen. Die gebogene Glasscheibe wird daher typischerweise zwischen einen oberen und einen unteren Blaskasten gefahren, die Blaskästen dann einander und den Scheibenoberflächen zum Vorspannen angenähert. Dabei ist entscheidend, das die Annäherung möglichst schnell erfolgt, damit das Glas nicht bereits vor dem Vorspannen signifikant abkühlt. Nach dem Vorspannen werden die Blaskästen wieder voneinander entfernt, um die Glasscheibe aus dem Zwischenraum heraus zu bewegen. Die Gesamtvorrichtung mit den beiden Blaskästen wird häufig als Vorspannstation bezeichnet.
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Die ständige Bewegung der schweren Blaskästen bedeutet eine hohe Belastung der Vorspannvorrichtung, die aufwendige Bewegungsmechanismen erforderlich macht und energieaufwendig ist. Zudem ist jeder Blaskasten nur für einen bestimmten Scheibentyp geeignet, auf dessen geometrische Form (Größe und Krümmung) die Düsenplatten oder die Düsenleisten abgestimmt sind. Soll ein anderer Scheibentyp vorgespannt werden, so ist der Austausch der kompletten Blaskästen nötig, was zeit- und arbeitsaufwendig ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Blaskasten zum thermischen Vorspannen von Glasscheiben bereitzustellen, der flexibler einsetzbar ist, den Aufwand beim Umrüsten der Vorspannvorrichtung zwischen verschiedenen Scheibentypen deutlich reduziert und auf weniger aufwendige mechanische Bewegungsmechanismen angewiesen ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Blaskasten gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
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Der erfindungsgemäße Blaskasten dient zum Beaufschlagen der Oberfläche einer Glasscheibe zum thermischen Vorspannen. Der Blaskasten ist eine Vorrichtung mit einem inneren Hohlraum und einer Gaszuleitung, die an den Hohlraum angeschlossen ist und über die ein Gasstrom in den Hohlraum im Inneren des Blaskastens eingeleitet werden kann. Der Gasstrom wird typischerweise mittels eines Ventilators oder mehrerer in Reihe geschalteter Ventilatoren erzeugt. Bevorzugt ist die Gaszuleitung beispielsweise mittels eines Schiebers oder einer Klappe verschließbar, so dass der Gasstrom in den inneren Hohlraum unterbrochen werden kann, ohne die Ventilatoren selbst auszuschalten.
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Der erfindungsgemäße Blaskasten umfasst einen stationären Teil, der einen Hohlraum aufweist und eine an den Hohlraum angeschlossenen Gaszuleitung. Der Hohlraum wird von einer Abdeckung umgeben, mit der die Gaszuleitung verbunden ist und die zumindest eine Austrittsöffnung aufweist. Der Blaskasten umfasst außerdem mindestens ein bewegliches Verschlusselement, welches dafür vorgesehen ist, die mindestens eine Austrittsöffnung zu verschließen, und das mit einer Mehrzahl von Düsen ausgestattet ist. Die Düsen sind mit dem Hohlraum verbunden oder an den Hohlraum angeschlossen, so dass Gas aus dem Hohlraum durch die Düsen strömen kann, um die Oberfläche einer Glasscheibe mit einem Luftstrom zu beaufschlagen.
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Der Blaskasten teilt also den Gasstrom aus der Gaszuleitung mit vergleichsweise geringem Querschnitt über die Düsen auf eine große Wirkfläche auf. Die Düsenöffnungen stellen diskrete Gasaustrittsstellen dar, die jedoch in großer Anzahl vorliegen und gleichmäßig verteilt sind, so dass alle Bereiche der Oberfläche im Wesentlichen zeitgleich und gleichmäßig abgekühlt werden, so dass die Scheibe mit einer homogenen Vorspannung versehen wird.
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Die Düsen sind Bohrungen oder Durchführungen, die sich durch das gesamte Verschlusselement erstrecken. Jede Düse weist eine Eingangsöffnung (Düseneintritt) auf, durch welche der Gasstrom in die Düse eintritt, und eine gegenüberliegende Ausgangsöffnung (Düsenöffnung), durch welche der Gasstrom aus der Düse (und dem gesamten Blaskasten) austritt. Die Oberfläche des Verschlusselements mit den Eingangsöffnungen ist der Hohlraum des Blaskastens zugewandt und diejenige Oberfläche mit den Düsenöffnungen davon abgewandt und bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der Glasscheibe zugewandt. Durch die Düsenöffnungen wird die Oberfläche einer Glasscheibe bestimmungsgemäß mit einem Luftstrom beaufschlagt. Die Düsen können vorteilhafterweise einen sich an die Eingangsöffnung anschließenden und sich in Richtung zur Ausgangsöffnung verjüngenden Abschnitt aufweisen, um die Luft effizient und strömungstechnisch günstig in die jeweilige Düse zu leiten.
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Erfindungsgemäß ist das Verschlusselement nicht starr mit dem stationären Teil des Blaskastens verbunden. Stattdessen ist das Verschlusselement gegenüber dem stationären Teil bewegbar, und zwar vom stationären Teil weg und umgekehrt auf den stationären Teil zu. Der Abstand zwischen dem Verschlusselement und dem stationären Teil ist somit veränderlich. Sollen die Düsenöffnungen zum Vorspannen an eine Glasscheibe angenähert werden, so ist es nicht mehr erforderlich, den gesamten Blaskasten zu bewegen. Stattdessen kann der stationäre Teil unbewegt verbleiben und lediglich das Verschlusselement wird der Glasscheibe angenähert, in dem sein Abstand zum stationären Teil vergrößert wird. Nach dem Vorspannen wird das Verschlusselement wieder von der Glasscheibe entfernt, indem sein Abstand zum stationären Teil verringert wird, und die Glasscheibe kann aus dem Zwischenraum zwischen den Blaskästen bewegt werden. Um den Gasstrom zwischen dem Hohlraum und dem Verschlusselement aufrecht zu erhalten, ist das Verschlusselement mit dem stationären Teil über ein Verbindungselement verbunden, welches eine veränderliche Länge aufweist. Das Verbindungselement kann sich so dem jeweils eingestellten Abstand zwischen Verschlusselement und stationärem Teil anpassen.
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Zum Vorspannen von gebogenen Glasscheiben werden Verschlusselemente verwendet, die hinsichtlich ihrer Kontur an die Glasscheibe angepasst sind, um über die gesamte Scheibenoberfläche den im Wesentlichen gleichen geringen Abstand zwischen Glasscheibe und Düsen zu gewährleisten. Bei herkömmlichen Blaskästen ist das Verschlusselement direkt an den übrigen Blaskasten mit dem Hohlraum angeschlossen. Daher muss die Kontur die Austrittsöffnung des Hohlraums genau an die Kontur des Verschlusselements angepasst sein. Dadurch ist der gesamte Blaskasten lediglich für einen bestimmten Scheibentyp geeignet. Soll die Produktionslinie auf einen anderen Scheibentyp umgestellt werden mit einer anderen Krümmung, so müssen die gesamten Blaskästen ausgetauscht werden.
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Im Unterschied dazu ermöglicht die vorliegende Erfindung einen flexibleren Einsatz der Blaskästen. Da das Verschlusselement nicht direkt an den stationären Teil des Blaskastens angeschlossen ist, sondern über das Verbindungselement veränderlicher Länge, ist es beim erfindungsgemäßen Blaskasten nicht mehr erforderlich, dass die Kontur der Austrittsöffnung des Hohlraums genau an die Kontur des Verschlusselements angepasst ist. Dies ermöglicht es, denselben stationären Teil des Blaskastens mit unterschiedlichen Verschlusselementen zu bestücken. Soll der vorzuspannende Scheibentyp geändert werden, ist es daher nicht mehr erforderlich, den kompletten Blaskasten auszutauschen. Stattdessen muss lediglich das Verschlusselement gewechselt werden. Dadurch werden die Werkzeugkosten und der nötige Lagerplatz erheblich reduziert, weil für jeden Scheibentyp nur ein Satz Verschlusselemente gefertigt und gelagert werden muss statt eines kompletten Blaskastens. Zudem wird der Aufwand beim Umrüsten verringert. Die Vorspannvorrichtung wird zudem vereinfacht und energieeffizienter, weil die Bewegung des relativ leichten Verschlusselements maschinell weniger aufwendig ist als die Bewegung der schweren Blaskästen, so dass mechanisch weniger starke Stellelemente notwendig sind. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
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Die relative Anordnung der Gesamtheit aller Düsen zueinander ist bevorzugt konstant und nicht veränderlich. Die von der Gesamtheit aller Düsenöffnungen aufgespannte Fläche ist also fixiert und ändert sich bei der Bewegung des mindestens einen Verschlusselements nicht. Das Verschlusselement oder die Gesamtheit aller Verschlusselemente ist geeignet, die Glasscheibe durch die Gesamtheit aller Düsen simultan mit dem kühlenden Gasstrom zu beaufschlagen.
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Die Erfindung ist auf verschiedene Arten von Blaskästen anwendbar. In einer ersten Ausgestaltung ist das Verschlusselement eine Düsenplatte. Der Blaskasten weist dabei nur ein einzelnes Verschlusselement auf. Die Düsenplatte ist ein Element, typischerweise ein Blech, welches die Gesamtheit der Düsen des Blaskastens aufweist. Die Düsen sind als Bohrungen oder Durchführungen durch die Platte ausgebildet. Die Düsen sind in der Art eines zweidimensionalen Musters in der Platte angeordnet, beispielsweise in mehreren Zeilen und mehreren Spalten. Die einzelne Düsenplatte wird mit dem stationären Teil des Blaskastens mittels eines einzelnen Verbindungselements veränderlicher Länge verbunden, um den Hohlraum abzuschließen. Diese Art des Blaskastens ist relativ einfach aufgebaut und daher kostengünstig herzustellen.
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Die Düsenplatte kann glatt oder als gewellt ausgebildet sein, wobei bei der gewellten Ausgestaltung die Düsen bevorzugt auf den Wellenbergen angeordnet sind. Die Wellentäler stellen dann Abflusskanäle für das ausgeströmte Gas bereit.
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In einer zweiten Ausgestaltung werden Düsenleisten als Verschlusselemente eingesetzt, wie es bei komplexeren Blaskästen üblich ist, mit denen eine höhere Vorspanneffizienz erreicht werden kann. An den Hohlraum sind dabei, der Gaszuleitung typischerweise gegenüberliegend, eine Mehrzahl von Kanälen angeschlossen, in die der Gasstrom im Betrieb aufgeteilt wird. Innerhalb des stationären Teils des Blaskastens gibt es also einen Übergang vom Hohlraum in eine Mehrzahl von Kanälen, um den Gasstrom aus dem Hohlraum in die Kanäle aufzuteilen. Die Kanäle können auch als Düsenstege, -finnen oder -rippen bezeichnet werden. Die Kanäle weisen typischerweise einen länglichen, im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die längere Dimension im Wesentlichen der Breite des Hohlraums entspricht und die kürzere Dimension im Bereich von 8 cm bis 15 cm liegt. Typischerweise sind die Kanäle parallel zueinander angeordnet. Die Anzahl der Kanäle beträgt typischerweise von 10 bis 50. Die Kanäle sind typischerweise durch Bleche ausgebildet.
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Der Hohlraum ist bevorzugt keilartig ausgebildet. Die an die Kanäle grenzende Begrenzung des Hohlraums kann dabei beschrieben werden als zwei Seitenflächen, die in einem spitzen Winkel zusammenlaufen. Die Kanäle verlaufen typischerweise senkrecht zur Verbindungslinie besagter Seitenflächen. Folglich ist die Länge eines Kanals nicht konstant, sondern nimmt von der Mitte zu den Seiten hin zu, so dass die an den Hohlraum angeschlossene Eintrittsöffnung des Kanals keilförmig ist und die Austrittsöffnung in eine glatte, typischerweise gekrümmte Fläche aufspannt. Die Austrittsöffnungen sämtlicher Kanäle bildet typischerweise in gemeinsame glatte, gekrümmte Fläche aus. Durch die beschriebene keilförmige Ausgestaltung des Hohlraums und die beschriebene Anordnung der Kanäle wird der Gasstrom besonders effizient in die Kanäle aufgeteilt und es resultiert eine über die gesamte Wirkfläche sehr homogener Gasstrom.
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Jeder Kanal ist an seinem dem Hohlraum gegenüberliegenden Ende mit einer Düsenleiste abgeschlossen. Diese Verbindung ist jedoch erfindungsgemäß nicht starr. Stattdessen ist jede Düsenleiste mit dem ihr zugeordneten Kanal (das heißt dem Kanal, mit dem sie verbunden ist und den sie abschließt) über ein Verbindungselement verbunden, welches eine veränderliche Länge aufweist. Das Verbindungselement kann sich so dem jeweils eingestellten Abstand zwischen Düsenleiste und Kanal anpassen. Jedem Kanal sind also ein eigenes Verbindungselement und eine Düsenleiste zugeordnet.
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Die Düsenleiste weist eine Mehrzahl von Durchführungen auf, die als Düsen bezeichnet werden. Durch die Düsen der Düsenleiste wird der Gasstrom des Kanals wiederum aufgeteilt. Die Düsenleiste weist bevorzugt eine einzige Reihe von Düsenöffnungen auf, die im Wesentlichen entlang einer Linie angeordnet sind. Die Reihe von Düsenöffnungen erstreckt sich bevorzugt über mindestens 80% der Länge der Düsenleiste.
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Alle Düsenleisten eines Blaskastens sind bevorzugt starr miteinander verbunden, so dass sie gemeinsam bewegbar sind. Die Verbindung kann beispielsweise über eine oder mehrere Querverstrebungen erreicht werden oder auch durch eine umlaufende rahmenartige Halterung. Durch das Mittel zum Bewegen des Verschlusselements wird dann die Gesamtheit der Düsenleisten simultan bewegt, wobei die erforderliche relative Anordnung der Düsenleisten durch die Querverstrebungen oder die Halterung festgelegt und fixiert wird.
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Das mindestens eine Verbindungselement veränderlicher Länge kann direkt oder indirekt am zugeordneten Verschlusselement angebracht sein. Bei einer indirekten Verbindung ist zwischen dem eigentlichen Verschlusselement, also insbesondere der Düsenplatte oder Düsenleiste, und dem Verbindungselement ein weiteres Element angeordnet, beispielsweise ein Gaskanal oder Befestigungselement für das Verschlusselement. Das Verbindungselement ist dann an dem weiteren Element angebracht, welches seinerseits mit dem Verschlusselement verbunden ist. Das Befestigungselement kann beispielsweise eine Befestigungsschiene sein, in die das Verschlusselement eingesteckt wird,
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Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf die Erfindung in allgemeiner Form, unabhängig davon, ob das Verschlusselement als Düsenplatte, Düsenleiste oder auf andere Art ausgebildet ist.
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Das Verschlusselement enthält bevorzugt Aluminium oder Stahl und ist bevorzugt aus den besagten Materialen gefertigt. Diese Materialien sind gut zu bearbeiten und bewirken eine vorteilhafte Stabilität im Langzeiteinsatz. Das Verschlusselement kann aber auch einen Kunststoff enthalten oder aus diesem gefertigt sein, der bevorzugt bis zu einer Temperatur von etwa 250°C stabil ist. Der Kunststoff muss die nötige Temperaturstabilität für den Einsatzzweck aufweisen, das ausströmende Gas weist Temperaturen von über 200 °C auf. Geeignete Kunststoffe sind beispielsweise Ethylen-Propylen-Copolymer (EPM), Polyimid oder Polytetrafluorethylen (PTFE).
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Die Düsenöffnungen weisen bevorzugt einen Durchmesser von 4 mm bis 15 mm, besonders bevorzugt von 5 mm bis 10 mm, ganz besonders bevorzugt von 6 mm bis 8 mm auf, beispielsweise 6 mm oder 8 mm. Der Abstand benachbarter Düsenöffnungen beträgt bevorzugt von 10 mm bis 50 mm, besonders bevorzugt von 20 mm bis 40 mm, beispielsweise 30 mm. Damit werden gute Vorspannergebnisse erzielt. Mit Abstand wird hier der Abstand zwischen den jeweiligen Mittelpunkten der Düsenöffnungen bezeichnet.
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Die Länge und Breite des Verschlusselements richtet sich nach der Gestaltung des Blaskastens. Typische Werte für die Länge einer Düsenleiste (gemessen entlang der Erstreckungsrichtung der Düsenreihe) betragen von 70 cm bis 150 cm und für die Breite/Tiefe (gemessen senkrecht zur Länge in der Ebene der Düsenöffnungen) von 8 mm bis 15 mm, bevorzugt von 10 mm bis 12 mm. Typische Werte für die Länge einer Düsenplatte betragen ebenfalls von 70 cm bis 150 cm und für die Breite von 20 cm bis 150 cm.
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Der Blaskasten ist außerdem mit Mitteln zum Bewegen des Verschlusselements oder der Verschlusselemente ausgestattet, um den Abstand des mindestens einen Verschlusselements zum stationären Teil zu verändern. Hierzu können Zylinder eingesetzt werden, welche mit Stellmotoren, beispielsweise Servomotoren angetrieben werden, die den Vorteil aufweisen, dass sie sehr schnell und zielgenau bewegt werden können. Alternativ können aber auch beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Zylinder verwendet werden. Die Austrittsöffnung des stationären Teils eines Blaskastens ist in Draufsicht typischerweise viereckig, insbesondere rechteckig oder trapezförmig ausgebildet, so dass bevorzugt vier Antriebszylinder verwendet werden, von denen jeweils einer an einer Ecke des Blaskastens angeordnet ist. Es sind jedoch je nach Einsatzzweck auch andere Geometrien der Austrittsöffnung denkbar, beispielsweise runde oder ovale Austrittsquerschnitte.
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Die Mittel zum Bewegen des Verschlusselements sind insbesondere geeignet, den Abstand des Verschlusselements oder der Gesamtheit aller Verschlusselemente zum stationären Teil zu verändern, ohne dass die relative Anordnung der Düsen zueinander verändert wird. Die von der Gesamtheit der Düsenöffnungen eines Blaskastens aufgespannte Fläche, die bevorzugt an die Form der vorzuspannenden Glasscheibe angepasst ist, bleibt also während der Bewegung des Verschlusselements konstant. Die besagte Fläche ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung dreidimensional, also entlang beider Raumrichtungen gekrümmt. Man kann dies auch als sphärische Krümmung bezeichnen.
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Die Mittel zum Bewegen des Verschlusselements sind insbesondere dazu geeignet und vorgesehen, das mindestens eine Verschlusselement an jede vorzuspannende Glasscheibe anzunähern und im Anschluss an das Vorspannen wieder von der Glasscheibe zu entfernen, bevorzugt das Verschlusselement an die nächste vorzuspannende Glasscheibe angenähert wird. Die Bewegung des Verschlusselements oder der Gesamtheit aller Verschlusselemente erfolgt bevorzugt simultan.
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Das Verbindungselement veränderlicher Länge ist in einer bevorzugten Ausführung ein Faltenbalg. Um den Gasstrom nicht wesentlich abzuschwächen, sollte der Faltenbalg aus einem Material möglichst geringer Gaspermeabilität gefertigt sein. Geeignete Materialien sind beispielsweise Segeltuch, Leder oder auch Stahl, der federartig geformt oder als Gewebe ausgebildet ist. Die Dicke des Materials des Faltenbalgs beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 3 mm, wodurch einerseits eine ausreichende Stabilität und mechanische Dauerbelastbarkeit sowie eine gute Gasdichtigkeit gewährleistet wird und andererseits eine vorteilhafte Flexibilität und Verformbarkeit. Im Falle einer Düsenplatte als Verschlusselement wird ein einzelner Faltenbalg verwendet, der einerseits im Bereich der umlaufenden Seitenkante der Düsenplatte befestigt ist oder an einem zwischen Verbindungselement und Düsenplatte befindlichen weiteren Element und andererseits im Bereich der Austrittsöffnung der Abdeckung, welche den Hohlraum des stationären Teils umgibt. Im Falle von Düsenleisten als Verschlusselemente wird für jede Düsenleiste ein eigener Faltenbalg verwendet, der einerseits im Bereich der umlaufenden Seitenkante der Düsenleiste oder an einem zwischen Verbindungselement und Düsenleiste befindlichen weiteren Element und andererseits im Bereich der Austrittsöffnung der zugehörigen Kanalbegrenzung befestigt ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das Verbindungselement als starre Röhre ausgebildet und das Verbindungselement und der stationäre Teil des Blaskastens sind teleskopartig ineinander geführt und zueinander verschiebbar, um den Abstand zwischen Verschlusselement und stationärem Teil veränderbar zu gestalten. Die Röhre hat typischerweise einen viereckigen Querschnitt, entsprechend der Form der Düsenplatte beziehungsweise der Düsenleiste. Die Röhre ist typischerweise aus einem Metallblech gebildet, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, und weist bevorzugt eine Wandstärke von 0,5 mm bis 3 mm auf. Im Falle einer Düsenplatte als Verschlusselement wird eine einzelne Röhre verwendet, die einerseits mit dem Bereich der umlaufenden Seitenkante der Düsenplatte direkt oder indirekt verbunden ist. Die Röhre ist andererseits in die Abdeckung, welche den Hohlraum des stationären Teils umgibt, eingesteckt, so dass sie in die Abdeckung und den Hohlraum hineinragt, oder alternativ auf die Abdeckung aufgesteckt, so dass die Abdeckung in die Röhre hineinragt. Im Falle von Düsenleisten als Verschlusselemente wird für jede Düsenleiste eine eigene Röhre verwendet, die in den zugehörigen Kanalausgang eingesteckt ist, so dass sie in den Kanal hineinragt, oder alternativ auf den zugehörigen Kanalausgang aufgesteckt ist, so dass die Kanalbegrenzung in die Röhre hineinragt. Die Variante, bei der die Abdeckung des stationären Teils beziehungsweise die Kanalbegrenzungen in die Röhre oder Röhren hineinragen, kann bevorzugt sein, weil sich der Strömungsquerschnitt für den Gasstrom beim Übergang von stationärem Teil zum Verbindungselement in diesem Fall erweitert, was zu geringeren Strömungsverlusten führt. In jedem Fall sollten die Röhre und der zugehörige stationäre Teil möglichst bündig mit möglichst geringem Abstand zueinander angeordnet sein, um keinen signifikanten Druckabfall des Gasstroms zu bewirken.
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Wird eine starre Röhre als Verbindungselement eingesetzt, kann zusätzlich auch ein Faltenbalg verwendet werden, der die teleskopartige Konstruktion umgibt. Der Faltenbalg dient in diesem Fall dann nicht als Verbindungselement veränderlicher Länge, sondern dient dem Schutz der teleskopartigen Konstruktion vor Schmutz oder Feuchtigkeit.
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Die Erfindung umfasst außerdem eine Vorrichtung zum thermischen Vorspannen von Glasscheiben. Die Vorrichtung umfasst einen ersten erfindungsgemäßen Blaskasten und einen zweiten erfindungsgemäßen Blaskasten, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass ihre Verschlusselemente und ihre Düsen aufeinander weisen. Die Blaskästen sind voneinander beabstandet, so dass eine Glasscheibe zwischen ihnen angeordnet werden kann. Typischerweise weisen die Düsen des ersten Blaskastens (oberer Blaskasten) im Wesentlichen nach unten und die Düsen des zweiten Blaskastens (unterer Blaskasten) im Wesentlichen nach oben. Dann kann eine Glasscheibe vorteilhafterweise horizontal liegend zwischen die Blaskästen bewegt werden. Die Düsen sind etwa senkrecht zur Glasoberfläche ausgerichtet.
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Die Vorrichtung umfasst außerdem Mittel zur Bewegung einer Glasscheibe, die dazu geeignet sind, eine Glasscheibe in den Zwischenraum zwischen den beiden Blaskästen zu bewegen und aus besagtem Zwischenraum wieder heraus. Hierzu kann beispielsweise ein Schienen-, Rollen- oder Laufbandsystem verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen die Mittel zum Bewegen der Glasscheibe außerdem eine Rahmenform, auf der die Glasscheibe beim Transport gelagert ist. Die Rahmenform weist eine umlaufende, rahmenartige Auflagefläche auf, auf welcher die Seitenkante der Glasscheibe aufliegt, während der Hauptteil der Scheibenoberfläche.
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Die Blaskästen selbst, also deren stationären Teile, sind erfindungsgemäß nicht dafür vorgesehen, während des Vorspannens bewegt zu werden. Die Vorrichtung kann dennoch Mittel zur Änderung des Abstands zwischen erstem und zweitem Blaskasten umfassen, beispielsweise Servomotoren, so dass sie voneinander weg bewegt werden können. Der Abstand zwischen den Blaskästen kann dann beispielsweise zu Wartungszwecken oder zur Umrüstung des Verschlusselements vergrößert werden.
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Die Vorrichtung ist insbesondere dazu geeignet und vorgesehen, die Verschlusselemente an jede vorzuspannende Glasscheibe anzunähern, die im Zwischenraum zwischen den Blaskästen angeordnet ist, und die Verschlusselemente im Anschluss an das Vorspannen wieder von der Glasscheibe zu entfernen (das heißt den Abstand der Verschlusselemente zur Glasscheibe zu vergrößern), um die Glasscheibe wieder aus dem Zwischenraum zwischen den Blaskästen heraus zu bewegen. Die Bewegung des Verschlusselements oder der Gesamtheit aller Verschlusselemente eines Blaskastens erfolgt bevorzugt simultan. Die Vorrichtung ist insbesondere dazu geeignet und vorgesehen, die Glasscheibe durch die Gesamtheit aller Düsen der Blaskästen simultan mit dem kühlenden Gasstrom zu beaufschlagen.
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Die relative Anordnung der Düsenöffnungen der Blaskästen ist bevorzugt auf die Form der vorzuspannenden Scheibe angepasst. Die Düsenöffnungen eines Blaskastens spannen dabei eine konvex gekrümmte Fläche auf und die Düsenöffnungen des gegenüberliegenden Blaskastens eine konkav gekrümmte Fläche. Diese Flächen bleiben bevorzugt bei der Bewegung der Verschlusselemente konstant, die relative Anordnungen der Düsen eines Blaskastens zueinander ändert sich also nicht. Die Gesamtheit aller Düsen eines Blaskastens wird simultan auf die Glasscheibe zu beziehungsweise von der Glasscheibe weg bewegt, ohne dass sich ihre relative Anordnung zueinander ändert. Die relative Anordnung der Düsen eines Blaskastens zueinander und die durch ihre Düsenöffnungen aufgespannte Fläche ist also im weitere von der Glasscheibe beabstandeten Zustand (in dem die Glasscheibe ein- oder ausgefahren wird) und im angenäherten Zustand (in dem das eigentliche Vorspannen erfolgt) identisch. Die Stärke der Krümmung richtet sich ebenfalls nach der Scheibenform. Beim Vorspannen wird der konvexe Blaskasten der konkaven Oberfläche der Scheibe zugewandt und der konkave Blaskasten der konvexen Oberfläche. So können die Düsenöffnung näher an der Glasoberfläche positioniert werden, was die Vorspanneffizienz erhöht. Da die Scheiben üblicherweise mit nach oben weisender konkaver Oberfläche zur Vorspannstation transportiert werden, ist der obere Blaskasten bevorzugt konvex und der untere konkav ausgestaltet. Der Abstand der Düsenaustritte zur Glasoberfläche kann durch die Mittel zum Bewegen des mindestens einen Verschlusselements exakt auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
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Die Vorrichtung ist bevorzugt dazu geeignet und vorgesehen, dreidimensional (also entlang beider Raumrichtungen) gebogene Glasscheiben vorzuspannen. Solche Glasscheibe können auch als sphärisch gebogen bezeichnet werden im Gegensatz zu zylindrisch gebogenen Glasscheiben, die nur entlang einer Raumrichtung gebogen sind.
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Die Erfindung umfasst auch eine Anordnung zum thermischen Vorspannen von Glasscheiben, umfassend die erfindungsgemäße Vorrichtung und eine zwischen den beiden Blaskästen angeordnete Glasscheibe.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Verfahren zum thermischen Vorspannen einer Glasscheibe durchgeführt werden, wobei
- (a) eine erhitzte Glasscheibe, die zwei Hauptflächen und eine umlaufende Seitenkante aufweist, flächig zwischen einem ersten erfindungsgemäßen Blaskasten und einem zweiten erfindungsgemäßen Blaskasten angeordnet wird, so dass die beiden Hauptflächen mit einem Gasstrom beaufschlagt werden können,
- (b) anschließend die Verschlusselemente der beiden Blaskästen an die Glasscheibe angenähert werden und
- (c) anschließend die beiden Hauptflächen der Glasscheibe mittels der beiden Blaskästen mit einem Gasstrom beaufschlagt werden, so dass die Glasscheibe abgekühlt wird.
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Nach dem Vorspannen werden die Verschlusselemente der beiden Blaskästen wieder von der Glasscheibe entfernt. Anschließend wird die Glasscheibe aus dem Zwischenraum zwischen den Glasscheiben heraus bewegt. Es handelt sich bei dem Verfahren nicht um eine Durchlaufverfahren, bei dem die Glasscheiben kontinuierlich durch den Zwischenraum zwischen den Blaskästen hindurchbewegt werden, ohne dort zu verweilen. Stattdessen wird die Glasscheibe im Zwischenraum angeordnet, verbleibt dort während des Vorspannens und wird im Anschluss wieder aus dem Zwischenraum heraus bewegt. Dann kann die nächste Glasscheibe zwischen den Blaskästen angeordnet werden. Die Bewegung der Verschlusselemente zur Glasscheibe hin und anschließend wieder von der Glasscheibe weg erfolgt für jede einzelne Glasscheibe separat. Die Bewegung des Verschlusselements oder der Gesamtheit aller Verschlusselemente eines Blaskastens erfolgt bevorzugt simultan. Während der Vorspannens wird die Glasscheibe durch die Gesamtheit aller Düsen der Blaskästen simultan mit dem kühlenden Gasstrom beaufschlagt.
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Während des eigentlichen Vorspannen wird die Glasscheibe typischerweise oszillierend hin und her bewegt, damit der aus einer Düse austretende Luftstrom nicht immer dieselbe Stelle der Glasscheibe beaufschlagt, sondern eine homogenere Verteilung der Kühlwirkung über die Scheibenoberfläche erreicht wird.
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Bevorzugt werden in Schritt (b) lediglich die Verschlusselemente der Blaskästen bewegt, während die stationären Teile der Blaskästen unbewegt und ortsfest verbleiben.
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Die Glasscheibe wird bevorzugt auf Rollen, Schienen oder einem Laufband zwischen die Blaskästen transportiert. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Glasscheibe dabei auf einer Form mit einer rahmenartigen Auflagefläche (Rahmenform) angeordnet.
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Das Beaufschlagen der Scheibenoberflächen mit dem Gasstrom erfolgt, indem ein Gasstrom in den inneren Hohlraum jedes Blaskastens eingeleitet wird, dort aufgeteilt und über die Düsenöffnungen gleichmäßig verteilt auf die Scheibenoberflächen geleitet wird.
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Das zur Kühlung der Glasscheibe verwendete Gas ist bevorzugt Luft. Die Luft kann zur Erhöhung der Vorspanneffizienz innerhalb der Vorspannvorrichtung aktiv gekühlt werden. Typischerweise wird aber Luft verwendet, welche nicht durch aktive Maßnahmen speziell temperiert ist.
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Die Scheibenoberflächen werden bevorzugt über einen Zeitraum von 1 s bis 10 s mit dem Gasstrom beaufschlagt.
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Die vorzuspannende Glasscheibe besteht in einer bevorzugten Ausführung aus Kalk-Natron-Glas, wie es für Fensterscheiben üblich ist. Die Glasscheibe kann aber auch andere Glassorten wie Borsilikatglas oder Quarzglas enthalten oder daraus bestehen. Die Dicke der Glasscheibe beträgt typischerweise von 1 mm bis 10 mm, bevorzugt 2 mm bis 5 mm.
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Die Glasscheibe ist bevorzugt dreidimensional gebogen, wie es für Fahrzeugscheiben üblich ist. Unter einer dreidimensionalen Biegung wird fachüblich eine Biegung entlang zweier (zueinander orthogonaler) Raumrichtungen verstanden, also eine Biegung entlang der Höhendimension der Glasscheibe und eine Biegung entlang der Breitendimension der Glasscheibe. Gebogene, vorgespannte Scheiben sind insbesondere im Fahrzeugbereich üblich. Die vorzuspannende Glasscheibe ist daher bevorzugt als Fensterscheibe eines Fahrzeugs, besonders bevorzugt eines Kraftfahrzeugs und insbesondere eines Personenkraftwagens vorgesehen.
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Die Verschlusselemente sind an die Scheibenform angepasst, so dass die jede Düse eines Blaskastens bevorzugt im Wesentlichen denselben Abstand zur Scheibenoberfläche aufweist. Bei der Verschiebung der Verschlusselemente ändert sich die relative Anordnung der Düsen zueinander nicht, sondern die Gesamtheit aller Düsen eines Blaskastens wird simultan auf die Glasscheibe zu beziehungsweise von der Glasscheibe weg bewegt. Die von der Gesamtheit aller Düsenöffnungen aufgespannte Fläche, die bevorzugt im Wesentlichen der Form der Scheibenoberfläche entspricht, bleibt also bei der Bewegung der Verschlusselemente konstant und wird insgesamt auf die Glasscheibe zu und von der Glasscheibe weg bewegt.
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Das Verfahren schließt sich in einer vorteilhaften Ausführung unmittelbar an einen Biegeprozess an, in dem die im Ausgangszustand planen Glasscheibe gebogen wird. Während des Biegeprozesses wird die Glasscheibe bis auf Erweichungstemperatur erhitzt. Der Vorspannprozess schließt sich an den Biegeprozess an, bevor die Glasscheibe signifikant abgekühlt ist. So muss die Glasscheibe zum Vorspannen nicht noch einmal eigens erhitzt werden.
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Eine mit dem Verfahren vorgespannte Glasscheibe kann verwendet werden in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, bevorzugt als Fensterscheibe in Schienenfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen, insbesondere als Heckscheibe, Seitenscheibe oder Dachscheibe von Personenkraftwagen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Insbesondere sind die Anzahl der Düsen und Kanäle der Blaskästen nicht realitätsgetreu dargestellt, sondern dienen lediglich der Veranschaulichung des Prinzips.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Blaskastens,
- 2 einen Querschnitt senkrecht zu den Düsenleisten durch einen erfindungsgemäßen Blaskasten,
- 3 einen Querschnitt längs der Düsenleisten durch einen erfindungsgemäßen Blaskasten,
- 4 eine perspektivische Ansicht einer Düsenleiste,
- 5 einen Querschnitt durch die Düsenleiste nach 4,
- 6 eine Detailansicht eines einzelnen Kanals mit Düsenleiste und einer ersten Ausgestaltung des Verbindungselements,
- 7 eine Detailansicht eines einzelnen Kanals mit Düsenleiste und einer zweiten Ausgestaltung des Verbindungselements,
- 8 eine Detailansicht eines einzelnen Kanals mit Düsenleiste in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung,
- 9 eine Detailansicht eines einzelnen Kanals mit Düsenleiste in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung,
- 10 einen Querschnitt durch zwei erfindungsgemäße Blaskästen als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermischen Vorspannen,
- 11 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung während eines Vorspannprozesses
- 12 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Blaskastens,
- 13 einen Querschnitt durch den Blaskasten aus 12 und
- 14 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Verfahrens.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Blaskastens 1 zum thermischen Vorspannen von Glasscheiben. Der Blaskasten 1 weist einen inneren Hohlraum auf, von dem ausgehend sich Kanäle 4 erstrecken. Die Austrittsöffnung jedes Kanals 4 ist über ein Verbindungselement 6 veränderlicher Länge mit einer Düsenleiste 5 verbunden, welche als Verschlusselement fungiert und den Kanal 4 abschließt. Die Verbindungselement 6 sind als Röhren aus einem Stahlblech gefertigt mit einer Materialstärke von beispielsweise 1,5 mm. Jedes Verbindungselement 6 ist teleskopartig mit dem zugeordneten Kanal 4 verbunden: Verbindungselement 6 und die Begrenzung des Kanals 4 sind also ineinander geführt und zueinander verschiebbar. Die Düsenleisten 5 sind mittels Querverstrebungen 8 starr miteinander verbunden und gemeinsam bewegbar, um die Abstand zwischen den Düsenleisten 5 und den Kanälen 4 zu verändern, wobei die Verbindungselemente 6 veränderlicher Länge sicherstellen, dass der Gasstrom aus dem Blaskasten 1 aufrechterhalten wird. Um den gewünschten Abstand zwischen Düsenleisten 5 und Kanälen 4 einzustellen, weist der Blaskasten 1 Mittel 7 zum Bewegen der Düsenleisten 5 auf. Diese sind in Form von vier Servomotoren realisiert, die jeweils an einer Ecke des Blaskastens 1 angeordnet sind und Zylinder antreiben, welche mit einer Düsenleiste 5 oder der Querverstrebung 8 verbunden sind. Eine Bewegung der Zylinder verschiebt die Gesamtheit der Düsenleisten 5 vom Blaskasten 1 weg oder zu diesem hin.
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Die Düsenleisten 5 sind der Einfachheit und besseren Übersichtlichkeit halber gerade dargestellt. Zum Vorspannen von gebogenen Fahrzeugscheiben werden in der Realität allerdings gebogene Düsenleisten 5 eingesetzt, wobei die gekrümmte Fläche, die durch die Düsenöffnungen aufgespannt wird, der Kontur der Glasscheibe angepasst wird. Ist die Glasscheibe bestimmungsgemäß zum Blaskasten 1 positioniert, so können die Düsenleisten 5 durch die Servomotoren und verschiebbaren Zylinder der Glasscheibenoberfläche angenähert werden, wobei der stationäre Teil des Blaskasten 1 ortsfest verbleibt. Zur Bewegung der relativ leichten Düsenleisten 5 sind wesentlich leistungsschwächere Servomotoren notwendig als zur Bewegung des gesamten Blaskasten 1, wie es bei herkömmlichen Vorrichtungen üblich ist. Der Blaskasten ist daher kostengünstiger. Zudem kann der stationäre Teil des Blaskastens 1 als Universalwerkzeug verwendet werden, wobei beim Umrüsten auf einen anderen Scheibentyp lediglich die Düsenleisten 5 mit den Verbindungselementen 6 ausgetauscht werden muss. Es muss also nicht für jeden Scheibentyp ein eigener Blaskasten hergestellt und gelagert werden und bei jedem Umrüsten neu montiert werden. Auch dies ist vorteilhaft hinsichtlich der Kosten und Flexibilität der Vorspannvorrichtung.
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2 und
3 zeigen Querschnitte durch einen erfindungsgemäßen Blaskasten 1 ähnlich dem aus
1, wobei die Schnittfläche bei
2 senkrecht zu den Kanälen 4 verläuft und bei
3 längs der Kanäle 4. Der Blaskasten 1 ist von der Art, wie sie beispielsweise in
DE 3924402 C1 oder
WO 2016054482 A1 beschrieben ist. Der Blaskasten 1 weist einen inneren Hohlraum 2 auf, dem über eine Gaszuleitung 3 ein Luftstrom zugeleitet wird, der in den Figuren durch einen grauen Pfeil dargestellt ist. Der Luftstrom wird beispielsweise durch zwei nicht dargestellte, in Reihe geschaltete Ventilatoren erzeugt, die über die Gaszuleitung 3 mit dem Blaskasten 1 verbunden sind. Durch eine Verschlussklappe 12 kann der Luftstrom unterbrochen werden, ohne die Ventilatoren abschalten zu müssen.
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Gegenüberliegend der Gaszuleitung 3 schließen sich an den Hohlraum 2 Kanäle 4 an, durch die der Luftstrom in eine Reihe von Teilströmen aufgeteilt wird. Die Kanäle 4 sind in der Art einer hohlen Rippe ausgebildet, die in einer Dimension im Wesentlichen so lang ist wie der Hohlraum 2 und in der dazu senkrechten Dimension eine deutlich geringe Breite aufweisen, beispielsweise etwa 11 mm. Die Kanäle 4 mit ihrem länglichen Querschnitt sind parallel zueinander angeordnet. Die dargestellte Anzahl der Kanäle 4 ist nicht repräsentativ und dient lediglich zur Veranschaulichung des Wirkungsprinzips.
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Der Hohlraum 2 ist keilartig ausgebildet - entlang einer ersten Dimension ist die Tiefe des Hohlraums 2 in der Mitte des Blaskastens am größten und nimmt in beide Richtungen nach außen hin ab. In der zweiten, dazu senkrechten Dimension bleibt die Tiefe bei einer gegebenen Position der ersten Dimension jeweils konstant. Die Kanäle 4 sind entlang der besagten ersten Dimension an den keilförmigen Hohlraum 2 angeschlossen. Sie weisen daher ein zur Keilform des Hohlraums 2 komplementäres Tiefenprofil auf, wobei die Tiefe in der Mitte des Kanals 4 am geringsten ist und nach außen hin zunimmt, so dass der Luftaustritt jedes Kanals 14 in eine glatte, plane oder gekrümmte Fläche ausbildet.
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2 und 3 zeigen zwei Querschnitte mit einem Winkel von 90° zueinander. 2 zeigt den Querschnitt entlang der besagten zweiten Dimension des Blaskastens 1 quer zur Ausrichtung der Kanäle 4, so dass die einzelnen Kanäle 4 im Schnitt zu erkennen sind. In der Schnittebene ist die Tiefe des Hohlraums 2 konstant. 3 zeigt den Querschnitt entlang der besagten ersten Dimension des Blaskastens 1 entlang der Ausrichtung der Kanäle 4. Hier ist das keilartige Tiefenprofil des Hohlraums 2 zu erkennen, während in der Schnittebene nur ein einzelner Kanal 4 liegt, dessen Tiefenprofil ebenfalls zu erkennen ist.
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Jeder Kanal 4 ist an seinem dem Hohlraum 2 gegenüberliegenden Ende mit einer Düsenleiste 5 abgeschlossen. Auch hier sind die Düsenleisten 5 der Einfachheit halbe gerade dargestellt, obwohl sie in der Realität gebogen sind. Durch die Düsenleiste 1 wird der Luftstrom jedes Kanals 4 wieder aufgeteilt in weitere Teilströme, die jeweils durch eine Düse 9 geleitet werden. Um den Abstand der Düsenleisten 5 von den Kanälen ändern zu können und trotzdem den bestimmungsgemäßen Luftstrom aufrechtzuerhalten, sind die Düsenleisten 5 über Verbindungselemente 6 veränderlicher Länge mit den Kanälen verbunden. Die Verbindungselemente 6 sind als Röhren aus Stahlblech ausgebildet, die teleskopartig mit den Kanälen verbunden sind.
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4 und 5 zeigen je ein Detail einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Düsenleiste 5 für einen Blaskasten 1 zum thermischen Vorspannen von Glasscheiben, auch hier der Einfachheit halber gerade dargestellt statt gebogen. Die Düsenleiste 5 besteht aus Aluminium, das sich gut verarbeiten lässt und ein vorteilhaft geringes Gewicht hat. Die Düsenleiste weist beispielsweise eine Breite von 11 mm auf, wobei die Dimensionen darauf abgestimmt sind, die Gaskanäle 4 eines zugehörigen Blaskastens 1 abzuschließen. Wie bei gattungsgemäßen Düsenleisten üblich ist auf die erfindungsgemäße Düsenleiste 5 mit einer Reihe von Düsen 9 ausgebildet. Jede Düse 9 ist eine Durchführung (Bohrung) zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Düsenleiste 5. Die Düsen 9 sind dafür vorgesehen, einen Gasstrom aus dem zugehörigen Blaskasten 1 hinaus zu leiten, wobei der Gasstrom über einen Düseneintritt 10 in die Düse 9 eintritt und über eine Düsenöffnung 11 aus der Düse 9 austritt. Die Seitenfläche der Düsenleiste 9 mit den Düseneintritten 10 muss in Einbaulage folglich dem Blaskasten 1 zugewandt sein, während die Seitenfläche mit den Düsenöffnungen 11 vom Blaskasten abgewandt ist.
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Die einzelnen Düsen 9 weisen einen stark verbreiterten Düseneintritt 10 auf, an den sich ein sich verjüngender Abschnitt anschließt. Danach bleibt der Durchmesser der Düse konstant bei 6 mm bis zur Düsenöffnung 11.
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6 zeigt einen Querschnitt eines einzelnen Kanals 4 mit zugeordneter Düsenleiste 5, die teleskopartig miteinander verbunden sind. Dazu ist das Verbindungselement 6 als Röhre ausgebildet und in den Kanal 4 eingesteckt, so dass es zum Kanal 4 verschiebbar ist. Es ist alternativ auch möglich, die Röhre auf den Kanal aufzustecken, so dass sie außerhalb der Kanalbegrenzung angeordnet ist. Die letztgenannte Variante kann sogar bevorzugt sein, weil dann eine Querschnittsverengung in Strömungsrichtung, wie dargestellt, nicht auftritt und der Gasstrom weniger gestört wird.
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7 zeigt einen Querschnitt eines einzelnen Kanals 4 und eine zugeordnete Düsenleiste 5, die mittels eines Faltenbalgs als Verbindungselement 6 miteinander verbunden sind. Der Faltenbalg ist an der Düsenleiste 5 einerseits und der Austrittsöffnung des Kanals 4 andererseits angeschlossen. Der Faltenbalg ist aus Segeltuch gefertigt mit einer Materialstärke von 0,5 mm. Damit wird eine ausreichende Gasdichtigkeit erreicht, um den Luftstrom weitestgehend ungestört aufrecht zu erhalten.
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In den Ausführungsbeispielen der 6 und 7 ist das Verbindungselement 6 direkt/unmittelbar an der Düsenleiste 5 angebracht.
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8 zeigt einen Querschnitt eines einzelnen Kanals 4 und eine zugeordnete Düsenleiste 5 in einer weiteren Ausgestaltung. Im Unterschied zu 7 ist der Faltenbalg als Verbindungselement 6 nicht direkt an der Düsenleiste 5 angebracht. Stattdessen ist zwischen dem Verbindungselement 6 und der Düsenleiste 5 ein als Blechen gebildeter Gaskanal angeordnet. Das Verbindungselement 6 ist am einen Ende der Bleche angebracht, während das gegenüberliegende Ende der Bleche an der Düsenleiste angebracht ist. Der Gaskanal 16 wird zusammen mit der Düsenleiste bewegt.
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9 zeigt einen Querschnitt eines einzelnen Kanals 4 und eine zugeordnete Düsenleiste 5 in einer weiteren Ausgestaltung. Auch hier ist der Faltenbalg als Verbindungselement 6 nicht direkt an der Düsenleiste 5 angebracht. Stattdessen ist das Verbindungselement 6 an einem Befestigungselement 17 für die Düsenleiste 5 angebracht. Das Befestigungselement 17 ist in der Art einer Befestigungsschiene ausgebildet, in welche die Düsenleiste eingesteckt wird. Dazu ist die Düsenleiste mit einem komplementären Schienenelement ausgestattet. Dieses Schienenelement kann einstückig mit der Düsenleiste ausgebildet sein oder, wie dargestellt, als eigenes Element an der Düsenleiste angebracht sein.
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10 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermischen Vorspannen von Glasscheiben. Die Vorrichtung umfasst einen ersten, oberen Blaskasten 1.1 und einen zweiten, unteren Blaskasten 1.2, die so einander gegenüberliegend angeordnet sind, dass die Düsenöffnungen 11 der Düsenleisten 5 aufeinander gerichtet sind. Die Vorrichtung umfasst weiter eine Transportsystem 13, mit dem eine vorzuspannende Glasscheibe 1 zwischen die Blaskästen 1.1, 1.2 transportiert werden kann. Die Glasscheibe I ist dabei horizontal gelagert auf einer Rahmenform 14, welche eine rahmenartige Auflagefläche aufweist, auf der ein umlaufender Randbereich der Glasscheibe Iaufgelegt ist.
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Das Transportsystem 13 besteht beispielsweise aus Schienen oder einem Rollensystem, auf dem die Rahmenform 14 beweglich gelagert ist. Die Glasscheibe I ist beispielsweise eine Scheibe aus Kalk-Natron-Glas, die als Heckscheibe für einen Personenkraftwagen vorgesehen ist. Die Glasscheibe I hat einen Biegeprozess durchlaufen, wobei sie bei einer Temperatur von etwa 650 °C beispielsweise mittels Schwerkraftbiegen oder Pressbiegen in die vorgesehene, gebogene Form gebracht worden ist. Das Transportsystem 13 dient dazu, die Glasscheibe I im noch erhitzten Zustand von der Biegevorrichtung zur Vorspannvorrichtung zu transportieren. Dort werden die beiden Hauptflächen durch die Blaskästen 1.1, 1.2 mit einem Luftstrom beaufschlagt, um sie stark abzukühlen und so ein charakteristisches Profil von Zug- und Druckspannungen zu erzeugen. Die thermisch vorgespannte Glasscheibe I ist dann als sogenanntes Einscheibensicherheitsglas für den Einsatz als Automobil-Heckscheibe geeignet. Nach dem Vorspannen wird die Scheibe durch das Transportsystem 13 wieder aus dem Zwischenraum zwischen den Blaskästen 1.1, 1.2 transportiert, wodurch die Vorspannvorrichtung für das Vorspannen der nächsten Glasscheibe zur Verfügung steht. Die Transportrichtung der Glasscheibe I ist durch einen grauen Pfeil dargestellt.
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11 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung schrittweise während des Vorspannverfahrens. Die vorzuspannende Glasscheibe I ist dreidimensional gebogen, wie es im Kraftfahrzeugbereich üblich ist. Daher ist erforderlich, die Düsen 9 der Blaskästen 1.1, 1.2 zu bewegen: von einem weiter beabstandeten Zustand, in dem die Glasscheibe I in den Zwischenraum bewegt werden kann, in einen Zustand, in dem die Düsenöffnungen 11 einen möglichst geringen und im Wesentlichen über die Scheibenfläche konstanten Abstand zur Glasoberfläche ausweisen. Bei herkömmlichen Vorrichtungen geschieht diese Bewegung durch ein Heben und Senken der gesamten Blaskästen mit leistungsfähigen Servomotoren.
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Im Gegensatz dazu müssen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht die gesamten Blaskästen 1.1, 1.2 bewegt werden, sondern lediglich die Düsenleisten 5. Zunächst sind die Düsenleisten 5 der beiden Blaskästen weit voneinander beabstandet, so dass sich ein großer Zwischenraum ergibt, in den die Glasscheibe I bequem eingefahren werden kann (11a). Ist die Glasscheibe I positioniert, so werden die Düsenleisten 5 auf die Glasscheibe I zu bewegt (11b). Alle Düsenleisten 5 sind dann mit geringem Abstand zur Glasoberfläche angeordnet und die Glasscheibe I wird zum Vorspannen mit dem Luftstrom beaufschlagt. Anschließend werden die Düsenleisten 5 wieder von der Glasscheibe I weg bewegt, so dass sie aus dem Zwischenraum heraus gefahren werden kann.
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In der Figur ist gut zu erkennen, dass es aufgrund der kesselartigen, dreidimensionalen Biegung der Glasscheibe I nicht möglich gewesen wäre, sie im finalen Zustand der Düsenleisten in den Zwischenraum zu bewegen, weswegen eine Bewegung der Düsen erforderlich ist.
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12 und 13 zeigen je ein Detail eines einfacher aufgebauten Blaskastens 1, auf den die Erfindung ebenso anwendbar ist. Der stationäre Teil des Blaskastens 1 umfasst hier eine Abdeckung, innerhalb derer ein Hohlraum 2 ausgebildet ist und an die eine Gaszuleitung 3 angeschlossen ist. Innerhalb des stationären Teils erfolgt keine Aufteilung des Gasstroms in Kanäle 4, sondern die Abdeckung hat eine der Gaszuleitung 3 gegenüberliegen Öffnungen mit großem Querschnitt. Als bewegliches Verschlusselement wird eine einzelne Düsenplatte 15 verwendet, welche die großflächige Öffnung verschließt und die mit einem zweidimensionalen Muster an Düsen 9 versehen ist. Die Düsenplatte 15 ist mit dem stationären Teil mittels eines einzelnen Faltenbalgs als Verbindungselement 6 veränderlicher Länge.
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Die Düsenplatte 15 ist auch hier der Einfachheit halber plan dargestellt, obwohl in der Realität Düsenplatten verwendet werden, die der Kontur der gebogenen Fahrzeugscheiben angepasst sind, also ebenfalls dreidimensional gebogen sind.
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In der dargestellten Ausgestaltung ist das Verbindungselement 6 direkt an der Düsenplatte 15 angebracht. Es ist aber auch hier möglich, das zwischen Verbindungselement 6 und Düsenplatte 15 weitere Elemente angeordnet sind, beispielsweise ein aus Blechen gebildeter Gaskanal 16 oder eine Befestigungselement 17 für die Düsenplatte, so wie in den 8 und 9 im Zusammenhang mit einer Düsenleiste 5 dargestellt.
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14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum thermischen Vorspannen von Glasscheiben anhand eines Flussdiagramms unter Verwendung einer Vorrichtung nach den 10 und 11.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Blaskasten
- (1.1)
- erster / oberer Blaskasten
- (1.2)
- zweiter / unterer Blaskasten
- (2)
- Hohlraum des Blaskastens 1, 1.1, 1.2
- (3)
- Gaszuleitung des Blaskastens 1, 1.1, 1.2
- (4)
- Kanal / Düsensteg des Blaskastens 1, 1.1, 1.2
- (5)
- Düsenleiste (als Verschlusselement)
- (6)
- Verbindungselement veränderlicher Länge
- (7)
- Mittel zum Bewegen der Verschlusselemente
- (8)
- Querverstrebung der Düsenleisten 5
- (9)
- Düse
- (10)
- Düseneintritt / Eintrittsöffnung der Düse 9
- (11)
- Düsenöffnung / Austrittsöffnung der Düse 9
- (12)
- Verschlussklappe in der Gaszuleitung 3
- (13)
- Transportsystem für Glasscheiben
- (14)
- Rahmenform für Glasscheiben
- (15)
- Düsenplatte (als Verschlusselement)
- (16)
- Gaskanal zwischen Verbindungselement 6 und Verschlusselement
- (17)
- Befestigungselement zwischen Verbindungselement 6 und Verschlusselement
- (I)
- Glasscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 505188 A [0002, 0004]
- DE 710690 A [0002]
- DE 808880 B [0002]
- DE 1056333 A [0002]
- US 4662926 A [0004]
- EP 0002055 A1 [0004]
- DE 3612720 C2 [0004]
- DE 3924402 C1 [0004, 0061]
- WO 2016054482 A1 [0004, 0061]
- EP 0421784 A1 [0005]
- US 4314836 A [0005]
- US 4142882 [0005]
- DE 1056333 B1 [0005]
- US 6722160 B1 [0006]
- JP 2004189511 A [0006]
