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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Biegen von Glasscheiben, insbesondere zum Pressbiegen von Glasscheiben.
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Verglasungen für Kraftfahrzeuge weisen typischerweise eine Biegung auf. Es sind verschiedene Verfahren zur Erzeugung einer solchen Biegung bekannt. Beim sogenannten Schwerkraftbiegen (auch gravity bending oder sag bending) wird die im Ausgangszustand plane Glasscheibe auf der Auflagefläche einer Biegeform angeordnet und auf mindestens ihre Erweichungstemperatur erwärmt, so dass sie sich unter dem Einfluss der Schwerkraft an die Auflagefläche anlegt. Bei den sogenannten Pressbiegeverfahren wird die Scheibe zwischen zwei komplementären Werkzeugen angeordnet, die gemeinsam auf die Scheibe eine Presswirkung ausüben, um die Biegung zu erzeugen.
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Beim Pressbiegen kommt häufig eine untere Pressbiegeform mit einer rahmenartigen Kontaktfläche zum Einsatz, auf der lediglich die Seitenkante der Glasscheibe entlang einer umlaufenden Kontaktlinie aufliegt. Die Kontaktfläche ist typischerweise plan und nach innen geneigt ausgebildet. Dieser lediglich linienartige Kontakt zwischen Glasscheibe und Kontaktfläche ist wichtig, um Werkzeugabdrücke und eine damit verbundene Herabsetzung der optischen Qualität zu vermeiden. Wird die Glasscheibe durch die obere Pressbiegeform (häufig eine sogenannte Vollform mit vollflächiger Wirkfläche) in die untere Pressbiegeform hineingepresst und verformt, so wandert die besagte Kontaktierungslinie infolge der zunehmenden Biegung der Scheibe auf der Kontaktfläche von außen nach innen. Wesentlich dabei ist, dass der linienartige Kontakt zur Kontaktfläche während des gesamten Prozesses erhalten bleibt und die Scheibenhauptfläche nicht mit der unteren Pressbiegeform in Berührung kommt. Pressbiegeverfahren dieser Art sind beispielsweise in
DE10314267B3 ,
WO2007125973A1 ,
EP0677488A2 oder
W09707066A1 beschrieben.
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Bei Glasscheiben mit starken Krümmungen im Randbereich besteht das Problem, dass die Kontaktfläche sehr steil angeordnet sein müsste, um den linienartigen Kontakt zu gewährleisten. Damit die Kontaktfläche trotzdem eine ausreichende Gesamtbreite aufweist, müsste man sie stark verlängern, wodurch ein unhandlich hohes Biegewerkzeug resultieren würde.
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Es sind auch komplexere Biegewerkzeuge bekannt, mit denen Scheiben mit starken Krümmungen erzeugt werden können. So offenbart
US 5882370 A eine untere Biegeform, die sowohl zum Erzeugen einer Vorbiegung mittels Schwerkraftbiegen als auch als untere Pressbiegeform verwendet wird und die gelenkig gelagerte Randbereiche aufweist. Die Randbereiche werden zunächst unten positioniert, so dass die Biegeform relativ flach ausgebildet ist, wenn die plane Scheibe darauf abgelegt wird, und werden mit wachsender Scheibenbiegung nach oben geschwenkt, um im Randbereich schonend eine stärkere Biegung zu realisieren. Die Werkzeuge sind allerdings sehr komplex mit Gelenken und Mitteln zum Erzeugen der schwenkenden Bewegung, was die Herstellung, Wartungsintensität und Fehleranfälligkeit erhöht.
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US2005268661A1 offenbart untere Pressbiegeform mit einer konkav gekrümmten Kontaktfläche.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Pressbiegen bereitzustellen, mit der starke Scheibenkrümmungen im Randbereich realisiert werden können, ohne dass komplexere Biegeverfahren notwendig werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Biegen von Glasscheiben, umfassend:
- - eine untere Pressbiegeform mit einer rahmenförmigen Kontaktfläche,
- - eine obere Pressbiegeform gegenüberliegend der Kontaktfläche angeordnet,
wobei die untere Pressbiegeform und die obere Pressbiegeform dazu geeignet sind, eine zwischen ihnen befindliche (auf Erweichungstemperatur erhitzte) Glasscheibe durch Pressen zu verformen, wobei die Seitenkante der Glasscheibe entlang einer Kontaktlinie auf der Kontaktfläche aufliegt,
wobei die Kontaktlinie während des Pressens von einer Erstkontaktlinie bis zu einer Presslinie wandert (also auf der Kontaktfläche verschoben wird).
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Mit der Vorrichtung kann ein Verfahren zum Biegen von Glasscheiben ausgeführt werden, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- (a) Anordnen einer auf mindestens ihre Erweichungstemperatur erwärmten Glasscheibe zwischen einer unteren Pressbiegeform mit einer rahmenförmigen Kontaktfläche und einer gegenüberliegend der Kontaktfläche angeordneten oberen Pressbiegeform und Herstellen des Kontaktes zwischen der Seitenkante der Glasscheibe und der Kontaktfläche entlang einer Erstkontaktlinie,
- (b) Pressbiegen der Glasscheibe (also Verformen der Glasscheibe durch Pressen) zwischen der unteren Pressbiegeform und der oberen Pressbiegeform, wobei die Seitenkante der Glasscheibe stets entlang einer umlaufenden Kontaktlinie auf der Kontaktfläche aufliegt, welche während des Pressens von der Erstkontaktlinie bis zu einer Presslinie wandert.
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Die Vorrichtung und das Verfahren werden im Folgenden gemeinsam vorgestellt, wobei sich die Erläuterungen und bevorzugten Ausgestaltungen gleichermaßen auf Vorrichtung und Verfahren beziehen.
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Erfindungsgemäß ist die Kontaktfläche zwischen der Erstkontaktlinie und der Presslinie konvex gekrümmt ausgebildet. Die konvexe Krümmung der Kontaktfläche ist der Krümmungsrichtung der Glasscheibe entgegengesetzt. Die Kontaktfläche ist also gleichsam von der Glasscheibe weg gebogen, wodurch verhindert wird, dass die Scheibenhauptfläche mit der Kontaktfläche in Berührung kommt. Stattdessen bleibt der linienartige Kontakt entlang der Seitenkante der Glasscheibe auch bei starken Scheibenkrümmungen gewährleistet. Mit der erfindungsgemäßen unteren Pressbiegeform lassen sich Glasscheiben mit starker Krümmung insbesondere im Randbereich und hoher optischer Qualität fertigen. Es werden dazu aber keine aufwendigen Anpassungen der Biegevorrichtungen und -verfahren erforderlich. Es muss lediglich die untere Pressbiegeform vorhandener Vorrichtungen durch die erfindungsgemäße ersetzt werden. So ist die Erfindung einfach in bestehende Anlagen und Prozesse integrierbar. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine untere und eine obere Pressbiegeform. Die Pressbiegeformen sind einander gegenüberliegend angeordnet und weisen komplementäre Wirk- oder Kontaktflächen auf, die geeignet sind, eine auf Erweichungstemperatur erhitzte Glasscheibe in die gewünschte Form zu biegen, indem sie zwischen den Pressbiegeformen gepresst wird, wobei die Scheibenkrümmung verändert wird. Unter einer unteren Biegeform wird im Sinne der Erfindung eine Form verstanden, welche die untere, dem Erdboden zugewandten Oberfläche der Glasscheibe berührt beziehungsweise ihr zugeordnet ist und auf sie wirkt. Unter einer oberen Biegeform wird eine Form verstanden, die die obere, vom Erdboden abgewandte Oberfläche der Glasscheibe berührt beziehungsweise ihr zugeordnet ist und auf sie wirkt. Die Biegeformen können auch als Biegewerkzeuge bezeichnet werden.
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Die untere Pressbiegeform weist eine Kontaktfläche auf, die rahmenartig ausgebildet ist. Mit Kontaktfläche wird dabei eine im Wesentlichen nach oben weisende, vom Erdboden abgewandte Fläche bezeichnet, die bestimmungsgemäß dafür vorgesehen ist, die Glasscheibe beim Pressen zu tragen. Die Kontaktfläche wird durch Kanten begrenzt, und zwar durch eine Außenkante und eine Innenkante, die jeweils umlaufend rahmenartig verlaufen. Die Innenkante ist dem Zentrum und im bestimmungsgemäßen Einsatz der Glasscheibenmitte zugewandt. Die Außenkante weist nach außen und ist im bestimmungsgemäßen Einsatz von der Glasscheibenmitte abgewandt. Während des Biegeprozesses kommt nicht die gesamte Kontaktfläche mit der Glasscheibe in direkten Kontakt, sondern lediglich der Bereich zwischen der Erstauflagelinie und der Presslinie. Die Kontaktfläche ist keine sogenannte Vollform, also keine massive Biegeform, die dafür vorgesehen ist, mit einem Großteil der Glasscheibe in Kontakt zu kommen. Stattdessen die die Kontaktfläche rahmenartig oder -förmig ausgebildet und an die Kontur der zu biegenden Glasscheibe angepasst, so dass sie geeignet ist, die umlaufenden Seitenkante der Glasscheibe zu kontaktieren. Eine solche Biegeform kann auch als Ring (Biegering) oder Rahmen (Rahmenform) bezeichnet werden. Die untere Oberfläche der Glasscheibe hat keinen direkten Kontakt zur Kontaktfläche, sondern lediglich ihre Seitenkante. Die Kontaktfläche muss nicht notwendigerweise einen vollständigen Rahmen bilden, sondern kann auch unterbrochen sein. Die Kontaktfläche ist in Form eines vollständigen oder unterbrochenen Rahmens ausgebildet.
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Es ist unerheblich, ob die Glasscheibe vor dem Pressbiegen zunächst mit der unteren oder der oberen Pressbiegeform in Kontakt gebracht wird. So kann die Glasscheibe auf die untere Pressbiegeform abgelegt werden und dann der oberen Pressbiegeform angenähert werden. Alternativ kann die Glasscheibe zunächst von der oberen Pressbiegeform aufgenommen werden, beispielsweise durch Saug- oder Blaswirkung, und anschließende der unteren Pressbiegeform angenähert werden. In jedem Fall kommt ausschließlich die Seitenkante der Glasscheibe mit der Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform in Kontakt. Der direkte Kontakt zwischen Glasscheibe und Kontaktfläche ist also linienartig oder linienförmig ausgebildet, wobei diese Linie im Sinne der Erfindung als Kontaktlinie bezeichnet wird. Die Kontaktlinie ist umlaufend rahmenartig auf der Kontaktfläche ausgebildet. Diejenige Kontaktlinie, entlang der die Glasscheibe die Kontaktfläche als erstens berührt, wenn die Werkzeuge einander angenähert werden vor dem Einsetzen der Verformung, wird im Sinne der Erfindung als Erstkontaktlinie bezeichnet. Sobald das eigentliche Pressbiegen einsetzt und die Scheibe verformt wird, verschiebt sich die Seitenkante der Glasscheibe auf der Kontaktfläche. Infolge der zunehmenden Krümmung der Glasscheibe wandert die Kontaktlinie nach innen, weg von der äußeren Begrenzungskante der rahmenartigen Kontaktfläche. Haben die Biegeformen mit Abschluss des Pressbiegens nach Erreichen der endgültigen Scheibenform ihre finale Position erreicht, so ist die Kontaktlinie maximal verschoben worden und hat ihre am meisten innenliegende Position erreicht. Diese Kontaktlinie wird im Sinne der Erfindung als Presslinie bezeichnet. Die Kontaktlinie wandert während des Biegevorgangs als ausgehend von der Erstkontaktlinie nach innen bis zur Presslinie.
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Der direkte Kontakt zwischen Glasscheibe und unterer Biegeform ist während des gesamten Biegeverfahrens immer nur linienartig entlang der Kontaktlinie. Die untere Scheibenoberfläche kommt nie mit der unteren Biegeform in Kontakt. Als untere Scheibenoberfläche wird dabei diejenige Hauptfläche der Glasscheibe bezeichnet, die der Biegeform und dem Erdboden zugewandt ist, während als obere Scheibenoberfläche diejenige Hauptfläche der Glasscheibe bezeichnet ist, die von der Biegeform abgewandt ist und nach oben weist. Die umlaufende Seitenkante erstreckt sich zwischen der oberen und der unteren Scheibenoberfläche. Präzise ausgedrückt steht insbesondere die Grenzlinie zwischen unterer Scheibenoberfläche und Seitenkante mit der Kontaktfläche in Kontakt.
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Die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform weist mindestens einen Abschnitt auf, in dem sie zumindest im Bereich zwischen der Erstkontaktlinie und der Presslinie konvex gekrümmt ausgebildet ist. Die Glasscheibe wird von der oberen Pressbiegeform derart in die untere Pressbiegeform hineingedrückt, dass die Scheibenmitte absinkt und die Scheibenränder relativ zur Scheibenmitte angehoben werden. Die Glasscheibe wird also derart gebogen, dass die untere Scheibenoberfläche konvex und die obere Scheibenoberfläche konkav gekrümmt wird. Die Kontaktfläche ist konvex gekrümmt, so dass die Krümmung der Kontaktfläche und die Krümmung der Glasscheibe einander entgegengesetzt sind. Die Höhe der Kontaktfläche nimmt in der Richtung von der Außenkante zur Innenkante ab. Der innere Bereich der Kontaktfläche ist also gleichsam von der Glasscheibe weggebogen, so dass auch bei starken Scheibenbiegungen vermieden wird, dass die Kontaktfläche die untere Scheibenoberfläche berührt.
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Die erfindungsgemäße Krümmung muss nicht notwendigerweise umlaufend auf der gesamten Kontaktfläche vorhanden sein. Es ist auch möglich, dass lediglich Abschnitte der Kontaktfläche mit der erfindungsgemäßen Krümmung versehen sind, während andere Bereiche auf herkömmliche Weise ausgebildet sind. Dies kann beispielsweise dann auftreten, wenn die Glasscheibe im Bereich eines Teils ihrer Seitenkante stark gekrümmt ist, während sie im Bereich der übrigen Seitenkante keine allzu starke Krümmung aufweist. Dann kann es vorteilhaft sein, nur die Bereiche der Kontaktfläche, die den stark gekrümmten Seitenkanten zugeordnet sind, mit der erfindungsgemäßen Krümmung auszustatten.
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Das Ausmaß der erforderlichen Krümmung der Kontaktfläche hängt wesentlich von der Geometrie der zu biegenden Glasscheibe ab und kann mittels fachüblicher Berechnungen bei der Planung des Biegewerkzeugs ermittelt werden. Die Krümmung ist insbesondere derart gewählt, dass die untere Scheibenoberfläche die Kontaktfläche auch im final gebogenen Zustand nicht berührt. Von der unteren Scheibenoberfläche und der Kontaktfläche sollte also stets ein Winkel größer 0° eingeschlossen werden, der im Sinne der Erfindung als Freiwinkel bezeichnet wird. Aufgrund der Scheibenkrümmung ist zur exakten Bestimmung des Freiwinkels die jeweilige Tangentialebene an der Kontaktierungslinie heranzuziehen. Der Freiwinkel zwischen Glasscheibe und Kontaktfläche an der Presslinie beträgt bevorzugt mindestens 3°, besonders bevorzugt mindestens 5°, beispielsweise von 5° bis 8°. Damit sind Scheibenoberfläche und Kontaktfläche ausreichend beabstandet, um auch unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen einen direkten Kontakt wirksam auszuschließen.
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Der Krümmungsradius der Kontaktfläche zwischen Erstkontaktlinie und Presslinie sollte vorteilhafterweise höchstens 750 mm betragen, bevorzugt höchstens 500 mm. Damit werden bei üblichen Krümmungsradien der zu biegenden Glasscheibe besonders gute Ergebnisse erzielt und ein hinreichender Freiwinkel sichergestellt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung nimmt der Krümmungsradius der Richtung von der Erstkontaktlinie zur Presslinie zumindest abschnittsweise zu - die Krümmung wird also von außen nach innen schwächer. Im Querschnitt von der Erstkontaktlinie zur Presslinie existiert also zumindest ein Abschnitt der Kontaktfläche, in dem die Krümmung von außen nach innen stärker wird. Dadurch wird die Innenkante der Kontaktfläche weiter abgesenkt und die Gefahr eines Kontakts zwischen Scheibenoberfläche und Kontaktfläche weiter vermindert. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Krümmungsradius im gesamtem Bereich zwischen der Erstkontaktlinie und der Presslinie von außen nach innen zunimmt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Abstand zwischen der Erstkontaktlinie und der Presslinie von 2 cm bis 50 cm beträgt, bevorzugt von 5 cm bis 30 cm. Der besagte Abstand wird entlang der kürzesten Verbindung auf der Kontaktfläche zwischen Erstkontaktlinie und Presslinie gemessen, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu den beiden Linien. Mit den angegebenen Abständen können besonders gute Biegeergebnisse erzielt werden.
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Der Abstand zwischen der Presslinie und der Innenkante der Kontaktfläche beträgt bevorzugt mindestens 10 mm, beispielsweise von 10 mm bis 100 mm. Der Abstand zwischen der Erstkontaktlinie und der Außenkante der Kontaktfläche beträgt bevorzugt mindestens 5 mm, beispielsweise von 5 mm bis 100 mm.
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Die obere Pressbiegeform ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung als sogenannte Vollform ausgebildet, weist also eine vollflächige nach unten weisende Kontakt- oder Wirkfläche auf. Im Gegensatz zu einer Rahmenbiegeform steht eine solche Wirkfläche, die auch als massiv bezeichnet werden kann, am Ende des Biegeschrittes mit einem Großteil der oberen Scheibenoberfläche - oder sogar der gesamten oberen Scheibenoberfläche - in Kontakt. Eine massive obere Pressbiegeform ist in Verbindung mit einer rahmenartigen unteren Pressbiegeform besonders zum Pressbiegen geeignet. Die Wirkfläche der oberen Pressbiegeform ist insbesondere konvex ausgeformt und weist eine Geometrie auf, die derjenigen der final gebogenen Scheibe entspricht.
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Die Kontaktflächen der beiden Pressbiegeformen sind beim Pressbiegen typischerweise nicht mit einem Gewebe, insbesondere metallhaltigem Gewebe, überzogen, wie es bei anderen Biegeformen üblich ist. Stattdessen steht die Glasscheibe direkt mit den metallischen Oberflächen der Biegeformen in Kontakt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfasst außerdem Mittel, um die untere und die obere Pressbiegeform gegeneinander zu bewegen. Dadurch werden beide Pressbiegeformen, nachdem die Glasscheibe zum Biegen positioniert worden ist, einander angenähert, so dass das sie gemeinsam pressend auf die Glasscheibe wirken können. Die Annäherung kann durch vertikale Bewegung der unteren Pressbiegeform, der oberen Pressbiegeform oder beiden erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfasst außerdem Mittel zum Heizen der Glasscheibe auf Erweichungstemperatur. Typischerweise sind die Biegeformen innerhalb eines beheizbaren Biegeofens oder einer beheizbaren Biegekammer angeordnet. Die Glasscheibe kann zum Erwärmen eine gesonderte Kammer durchlaufen, beispielsweise einen Tunnelofen.
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Die Vorrichtung umfasst auch Mittel zum Bewegen der zu biegenden Glasscheibe, um die Glasscheibe zum Heizmittel hin und nach dem Biegen wieder vom Heizmittel weg zu transportieren. So können beispielsweise die Pressbiegeformen beweglich gelagert sein, etwa auf einem Transportgestell, das mittels Rollen oder Laufbändern bewegt wird. Alternativ können die Biegeformen stationär im Biegeofen angeordnet sein und die Glasscheibe kann direkt auf Rollen oder Laufbändern bewegt werden. Im Biegeofen kann die Glasscheibe beispielsweise von der oberen Pressbiegeform aufgenommen werden. Dazu kann die Glasscheibe von der oberen Pressbiegeform angesaugt werden oder durch einen vertikalen Luftstrom an die obere Pressbiegeform angeblasen werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung wird die Glasscheibe vor dem Pressbiegen vorgebogen, und die Vorrichtung ist mit entsprechenden Mitteln zum Erzeugen der Vorbiegung ausgestattet. Das Vorbiegen kann beispielsweise durch Anblasen der erweichten Glasscheibe an die obere Pressbiegeform erfolgen. Alternativ kann die Vorbiegung durch Schwerkraftbiegen erzeugt werden. Dazu ist die Vorrichtung mit einer Schwerkraftbiegeform ausgestattet, die bevorzugt eine rahmenförmige, von einer Innenkante und einer Außenkante begrenzte Auflagefläche aufweist. Lediglich ein Randbereich der Glasscheibe steht mit der Auflagefläche in direktem Kontakt, während der größte Teil der Glasscheibe keinen direkten Kontakt zur Schwerkraftbiegeform hat. Die umlaufende Seitenkante der Glasscheibe kann auf der Auflagefläche angeordnet sein oder auch abschnittsweise oder umlaufend über die Auflagefläche überstehen. Wird die Glasscheibe auf Erweichungstemperatur erwärmt, so sinkt die Scheibenmitte unter der Wirkung der Schwerkraft ab und die Scheibenränder werden relativ zur Scheibenmitte angehoben, wobei die Vorbiegung erzeugt wird. Durch die Kombination des Schwerkraftbiegens zur Erzeugung einer Vorbiegung und des Pressbiegens zur finalen Biegung können Glasscheiben mit komplexen Geometrien in hoher optischer Qualität erzeugt werden.
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Die Vorrichtung umfasst dann bevorzugt Mittel zum Anordnen der Glasscheibe auf der Schwerkraftbiegeform, insbesondere eine obere Transportform mit nach unten gerichteter Kontaktfläche. Die Glasscheibe wird an die Kontaktfläche angesaugt oder angeblasen. Die Schwerkraftbiegeform wird unter die Transportform bewegt (oder alternativ die Transportform über die Schwerkraftbiegeform), optional an die Transportform angenähert und durch Ausschalten der Saug- oder Blaswirkung wird die Glasscheibe auf die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform abgelegt. Die Kontaktfläche der Transportform ist bevorzugt plan ausgebildet, womit die im Ausgangszustand plane Glasscheibe optimal transportiert werden kann.
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Die Vorrichtung kann beispielsweise eigens Mittel zum Bewegen der Glasscheibe von der Schwerkraftbiegeform auf die untere Pressbiegeform umfassen, beispielsweise eine weitere obere Transportform. Sie kann auch von der Schwerkraftbiegeform abgehoben werden, indem sie an die obere Pressbiegeform angeblasen wird, wobei anschließend die Schwerkraftbiegeform gegen die untere Pressbiegeform getauscht wird, um die Vorrichtung zum Pressbiegen vorzubereiten. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schwerkraftbiegeform und die untere Pressbiegeform in einem gemeinsamen Werkzeug kombiniert, wobei die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform umrahmt oder umgekehrt. Die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform und die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform sind durch Vertikalverschiebung relativ zueinander bewegbar, so dass zwischen einem ersten Zustand, in dem die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform höher angeordnet ist als die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform, und einem zweiten Zustand, in dem die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform höher angeordnet ist als die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform, gewechselt werden kann. Ist die Glasscheibe im ersten Zustand auf der Schwerkraftbiegeform vorgebogen worden, so kann sie durch Übergang in den zweiten Zustand, einfach auf die untere Pressbiegeform übergeben werden, ohne dass sie durch ein Werkzeug angehoben werden muss.
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Die Schwerkraftbiegeform weist bevorzugt eine rahmenförmige Auflagefläche auf, die dazu geeignet ist, eine Glasscheibe darauf anzuordnen, und die eine Außenkante und eine Innenkante aufweist. Die Innenkante ist dem Zentrum und im bestimmungsgemäßen Einsatz der Glasscheibenmitte zugewandt. Die Außenkante weist nach außen und ist im bestimmungsgemäßen Einsatz der Scheibenkante zugewandt und von der Glasscheibenmitte abgewandt. Die umlaufende Seitenkante der Glasscheibe kann auf der Auflagefläche angeordnet sein oder auch abschnittsweise oder umlaufend über die Auflagefläche überstehen.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Auflagefläche nicht komplett plan, sondern teilweise gekrümmt ausgebildet. Die Auflagefläche weist dabei einen äußeren, einen mittleren und einen inneren Bereich auf. Die Bereiche sind ebenfalls rahmenartig ausgebildet, wobei der äußere Bereich den mittleren Bereich umschließt, welcher wiederum den inneren Bereich umschließt. Der äußere Bereich ist der Außenkante zugewandt, der innere Bereich ist der Innenkante zugewandt und der mittlere Bereich ist zwischen dem äußeren Bereich und dem inneren Bereich angeordnet. Die Bereiche sind in einem Querschnitt durch die Schwerkraftbiegeform zwischen der Außenkante und der Innenkante der Auflagefläche zu erkennen, wobei ausgehend von der Außenkante in Richtung der Innenkante zunächst der äußere Bereich, dann der mittlere Bereich und dann der innere Bereich angeordnet ist.
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Der äußere Bereich der Auflagefläche ist plan ausgebildet und horizontal angeordnet. Der mittlere Bereich kann plan oder leicht gekrümmt (bevorzugt konvex) ausgebildet sein und ist nach innen, also zur Innenkante hin geneigt. Der innere Bereich weist dagegen eine relativ starke Krümmung auf, die der beim Schwerkraftbiegeprozess erzeugten Krümmung der Glasscheibe entgegengesetzt ist. Da die Scheibenmitte unter der Wirkung der Schwerkraft absinkt und die Scheibenränder relativ zur Scheibenmitte angehoben werden, wird beim Schwerkraftbiegen die Glasscheibe derart gebogen, dass die untere Scheibenoberfläche konvex und die obere Scheibenoberfläche konkav gekrümmt ist. Der innere Bereich der erfindungsgemäßen Auflagefläche ist folglich konvex gekrümmt, so dass die Krümmung des zweiten Bereichs und die Krümmung der Glasscheibe einander entgegengesetzt sind. Durch diese Ausformung der Auflagefläche wird vermieden, dass die Glasscheibe lediglich auf den Kanten der Auflagefläche aufliegt. Stattdessen liegt die Glasscheibe zunächst flächig auf dem äußeren Bereich auf und nach Einsetzen der Biegung flächig auf dem mittleren Bereich. Die Gefahr der Erzeugung von störenden Werkzeugabdrücken kann dadurch wirksam vermieden werden. Die Glasscheibe kommt auch nicht mit der Innenkante in Kontakt, was durch den stark gekrümmten inneren Bereich sichergestellt wird. Durch den fehlenden Kontakt zwischen Innenkante und Glasscheibe können wiederum Werkzeugabdrücke vermieden werden.
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Der innere Bereich ist stärker gekrümmt als der mittlere Bereich, weist also einen kleineren Krümmungsradius auf. Die Krümmung des inneren Bereichs ist insbesondere derart gewählt, dass die Glasscheibe im final gebogenen Zustand die Innenkante nicht berührt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Krümmungsradius im inneren Bereich höchstens 200 mm, besonders bevorzugt von 20 mm bis 100 mm. Der Krümmungsradius im mittleren Bereich beträgt bevorzugt mindestens 200 mm, besonders bevorzugt mindestens 400 mm. Damit werden bei üblichen Scheibenbiegungen besonders gute Ergebnisse erzielt.
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Die Auflagefläche weist bevorzugt eine Breite von 3 cm bis 20 cm auf, besonders bevorzugt von 5 cm bis 15 cm. Solche Breiten sind für Auflagefläche von Schwerkraftbiegeformen üblich. Mit Breite wird die Ausdehnung der Auflagefläche entlang der kürzesten Verbindung zwischen Außenkante und Innenkante bezeichnet, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu den beiden Kanten. Die Breite des mittleren Bereichs beträgt bevorzugt mindestens 50% der Breite der Auflagefläche, besonders bevorzugt mindestens 70%, ganz besonders bevorzugt von 80% bis 90%. Die Breite des planen äußeren Bereichs der Auflagefläche sollte mindestens 5 mm betragen, bevorzugt von 5 mm bis 20 mm. Die Breite des gekrümmten inneren Bereichs der Auflagefläche sollte mindestens 2 mm betragen, bevorzugt von 2 mm bis 10 mm.
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Die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform kann mit einem Gewebe, insbesondere metallhaltigem Gewebe überzogen sein. Dies dient einerseits der Polsterung, um die Gefahr von Werkzeugabdrücke weiter zu reduzieren, andererseits der thermischen Isolation, um eine Abkühlung der Glasscheibe durch die Schwerkraftbiegeform zu verringern.
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Die Erfindung umfasst auch eine Anordnung zum Biegen von Glasscheiben, umfassend die erfindungsgemäße Vorrichtung und eine Glasscheibe, die zwischen der unteren Pressbiegeform und der oberen Pressbiegeform positioniert ist.
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Nach dem Pressbiegen wird die Glasscheibe abgekühlt, was auf beliebige Art erfolgen kann. Das Abkühlen kann auf einer weiteren Form erfolgen, auf die die Scheibe übergeben wird. Das Abkühlen kann bei Umgebungstemperatur oder durch aktive Kühlung erfolgen. Die erfindungsgemäße Pressbiegevorrichtung und das Verfahren eignen sich besonders zur Herstellung von gebogenen, vorgespannten Glasscheiben, wie sie beispielsweise als Seitenscheiben oder Heckscheiben von Kraftfahrzeugen üblich sind. Daher wird die Glasscheibe in einer bevorzugten Ausführung nach dem Biegen durch rasche Abkühlung thermisch vorgespannt. Die Glasscheibe wird dazu nach dem Biegen auf einen sogenannten Vorspannrahmen übergeben, auf dem sie während des Vorspannprozesses gelagert wird.
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Die zu biegende Glasscheibe enthält bevorzugt Kalk-Natron-Glas, wie es für Fensterscheiben üblich ist, kann aber auch andere Glassorten enthalten, wie Borsilikatglas oder Quarzglas. Die Dicke der Glasscheibe beträgt typischerweise von 0,5 mm bis 10 mm, bevorzugt 1 mm bis 5 mm. Typische Temperaturen zum Biegen von Glasscheiben betragen von 500 °C bis 700 °C, insbesondere etwa 650 °C beim Biegen von Scheiben aus Kalk-Natron-Glas.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann verwendet werden zum Pressbiegen von Glasscheiben für Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, bevorzugt zum Pressbiegen von Fensterscheiben von Schienenfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Pressbiegen von Heckscheiben, Seitenscheiben oder Dachscheiben von Personenkraftwagen. Die mit dem Verfahren gebogenen Glasscheiben werden bevorzugt verwendet als für Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, besonders bevorzugt als Fensterscheiben von Schienenfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen, insbesondere als Heckscheiben, Seitenscheiben oder Dachscheiben 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.
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Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch eine gattungsgemäße Vorrichtung während des Pressbiegens einer Glasscheibe,
- 2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer herkömmlichen Vorrichtung während des Pressbiegens,
- 3 eine Draufsicht auf die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform einer gattungsgemäßen Vorrichtung,
- 4 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung während des Pressbiegens,
- 5 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen unteren Pressbiegeform mit final gebogener Glasscheibe,
- 6 einen Querschnitt eines Werkzeugs, in dem die untere Pressbiegeform mit einer Schwerkraftbiegeform kombiniert ist, und
- 7 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführten Verfahrens.
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1 zeigt einen Querschnitt durch eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Pressbiegen von Glasscheiben. Die Vorrichtung umfasst eine untere Pressbiegeform 1 mit einer rahmenartigen Kontaktfläche 2 und eine obere Pressbiegeform 3 mit einer vollflächigen Wirkfläche, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und vertikal relativ zueinander bewegbar sind. Die zu biegende Glasscheibe I wird zwischen den Pressbiegeformen 1, 3 angeordnet. Die Pressbiegeformen 1, 3 werden einander angenähert, so dass die Glasscheibe I zwischen ihnen gepresst und dadurch verformt wird. Dabei liegt nur die Seitenkante S der Glasscheibe 1 auf der Kontaktfläche 2 der unteren Pressbiegeform 1 auf. Glasscheibe I und Kontaktfläche 2 berühren sich also nur entlang einer umlaufenden Linie, die als Kontaktlinie 4 bezeichnet wird. Die gesamte obere Scheibenoberfläche O steht mit der Wirkfläche der oberen Pressbiegeform 3 in Kontakt. Die Form der Wirkfläche der oberen Pressbiegeform 3 entspricht der gewünschten gebogenen Form der Glasscheibe I.
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2 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer Vorrichtung, deren untere Pressbiegeform 1 auf herkömmliche Weise ausgebildet ist. Die Kontaktfläche 2 ist plan und nach innen geneigt. Zunächst wird die Glasscheibe I mit der unteren Pressbiegeform 1 und der oberen Pressbiegeform 3 in Kontakt gebracht (2a). Diejenige Kontaktlinie 4, entlang derer die Glasscheibe I dabei anfänglich mit der Kontaktfläche 2 in Kontakt kommt, wird als Erstkontaktlinie 4A bezeichnet. Die Glasscheibe I ist hier der Einfachheit halber im Ausgangszustand plan dargestellt, sie kann aber auch vorgebogen sein. Zum Pressbiegen werden die Pressbiegewerkzeuge 1, 3 einander weiter angenähert, so dass die Glasscheibe 1 verformt wird. Dabei wandert die Kontaktlinie 4 ausgehend von der Erstkontaktlinie 4A nach innen (2b). Die gestrichelten Pfeile deuten die Bewegung der oberen Pressbiegeform 3 und der Kontaktlinie 4 während des Pressbiegens an. Am Ende des Pressbiegens haben die Pressbiegeformen 1, 3 ihre finale Position erreicht und die Glasscheibe I ist in ihre endgültige Form gebogen (2c). Die Kontaktlinie 4 erreicht dabei ihre am meisten innenliegende Position, die als Presslinie 4B bezeichnet wird.
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Die Figur verdeutlicht den Nachteil herkömmlicher unterer Pressbiegeformen mit planer Kontaktfläche 2. Insbesondere bei der Herstellung von Glasscheiben I mit starken Biegungen im Randbereich besteht die Gefahr, dass die untere Scheibenoberfläche U die Kontaktfläche 2 im Bereich zwischen der Presslinie 4B und der Innenkante berührt, was zur Beeinträchtigung der optischen Qualität führen kann. Die Berührung könnte grundsätzlich dadurch verhindert werden, dass die Kontaktfläche 2 steiler ausgerichtet wird. Damit die Kontaktlinie 4 trotzdem die gleiche Horizontaldistanz überstreichen kann, müsste man die Kontaktfläche 2 dann aber erheblich verlängern, was zur Folge hätte, dass die untere Biegeform sehr ausladend, insbesondere unhandlich hoch gestaltet werden müsste und nur schwer in bestehende Anlagen integrierbar wäre.
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3 zeigt eine Draufsicht auf eine untere Pressbiegeform 1. Zu erkennen ist die rahmenförmige Kontaktfläche 2, die von einer zur Mitte weisenden Innenkante 6 und einer nach außen weisenden Außenkante 7 begrenzt wird. Der Kontakt der Kontaktfläche 2 mit der Seitenkante S der Glasscheibe I erfolgt innerhalb eines Bereichs zwischen der rahmenförmigen Erstkontaktlinie 4A und der Presslinie 4B, die beide rahmenartig umlaufend auf der Kontaktfläche 2 angeordnet sind.
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4 zeigt zum Vergleich mit 2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer Vorrichtung mit erfindungsgemäßer unterer Pressbiegeform 1. Die Kontaktfläche 2 ist konvex gekrümmt, insbesondere im Bereich zwischen der Erstkontaktlinie 4A und der Presslinie 4B. Die Krümmung der Kontaktfläche 2 ist der Scheibenkrümmung entgegengesetzt. Durch die Biegung wird der Abstand des unteren Bereichs der Kontaktfläche 2 von der Glasscheibe I erhöht, wodurch auch bei Glasscheiben mit starken Biegungen im Randbereich eine Berührung der unteren Scheibenoberfläche U vermieden werden kann.
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5 zeigt einen Querschnitt einer weiteren unteren Pressbiegeform 1. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kontaktfläche 2 (begrenzt durch die Innenkante 6 und die Außenkante 7) wird sichergestellt, dass die untere Scheibenoberfläche nicht mit der Kontaktfläche 2 in Berührung kommt. Die untere Scheibenoberfläche und die Kontaktfläche 2 schließen also stets einen Winkel größer 0° ein, der als Freiwinkel α bezeichnet wird. Abhängig von den Krümmungen der Glasscheibe I und der Kontaktfläche 2 kann sich der Freiwinkel α während des Pressbiegens ändern, bleibt aber stets größer als 0°. Der Freiwinkel an der Presslinie 4B sollte vorteilhafterweise größer 3° betragen, beispielsweise 7°.
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Der Freiwinkel zwischen den gekrümmten Oberflächen kann exakt bestimmt werden, indem die Tangentialebenen an der jeweiligen Kontaktlinie 4 herangezogen werden.
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6 zeigt schematisch eine untere Pressbiegeform 1 und eine Schwerkraftbiegeform 5, die in einem gemeinsamen Werkzeug kombiniert sind. Die Schwerkraftbiegeform 5 weist eine rahmenförmige Auflagefläche auf, die von der Kontaktfläche 2 des unteren Pressbiegewerkzeugs 1 umrahmt wird. Die Pressbiegeform 1 und die Schwerkraftbiegeform 5 sind relativ zueinander vertikal verschiebbar, so dass eingestellt werden kann, ob die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform 5 oder die Kontaktfläche 2 der Pressbiegeform 1 höher angeordnet ist und folglich die Glasscheibe I tragen kann. Zunächst wird die Glasscheibe I auf der höher angeordneten Schwerkraftbiegeform 5 vorgebogen (6a). Die Biegeformen 1, 5 werden anschließend relativ zueinander verschoben, wobei die Glasscheibe I von der Schwerkraftbiegeform 5 auf die untere Pressbiegeform 1 übergeben (6b). Die Übergabe kann durch Bewegung der Schwerkraftbiegeform 5 nach unten, durch Bewegung der Pressbiegeform 1 nach oben oder durch eine Kombination von beidem erfolgen.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführten Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- untere Pressbiegeform
- (2)
- Kontaktfläche der unteren Biegeform 1
- (3)
- oberes Pressbiegeform
- (4)
- Kontaktlinie zwischen Glasscheibe I und Kontaktfläche 2
- (4A)
- Erstkontaktlinie
- (4B)
- Presslinie
- (5)
- Schwerkraftbiegeform
- (6)
- Innenkante der Kontaktfläche 2
- (7)
- Außenkante der Kontaktfläche 2
- α
- Freiwinkel zwischen Kontaktfläche 2 und Glasscheibe I
- (I)
- Glasscheibe
- (O)
- obere Scheibenoberfläche der Glasscheibe I
- (U)
- untere Scheibenoberfläche der Glasscheibe I
- (S)
- Seitenkante der Glasscheibe I
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10314267 B3 [0003]
- WO 2007125973 A1 [0003]
- EP 0677488 A2 [0003]
- WO 9707066 A1 [0003]
- US 5882370 A [0005]
- US 2005268661 A1 [0006]
