DE2223352A1

DE2223352A1 - Verfahren zur Verstaerkung von Gegenstaenden aus Glas

Info

Publication number: DE2223352A1
Application number: DE19722223352
Authority: DE
Inventors: Emmanuel Lambert; Pierre Laroche; Jean Schottey; Francois Toussaint
Original assignee: Glaverbel Belgium SA
Current assignee: AGC Glass Europe SA
Priority date: 1971-05-21
Filing date: 1972-05-12
Publication date: 1972-11-23
Also published as: TR17175A; NL7206888A; AU4247572A; GB1358061A; ZA723254B; FR2138710A1; US3843472A; IL39419A0; IT954775B; ES403422A1; BE783461A

Description

Priorität: Großbritannien vom 21. Hai 197'1, Nr. 16285/71

l)ie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung einer Kante eines Gegenstandes aus Glas untei" Einschluß einer chemischen Härtungsbehandlung. Ferner betrifft die Erfindung nach diesem Verfahren verstärkte Gegenstände.

Die Kanten von aus Glas hergestellten Gegenständen halten oft Stöße nicht in zufriedenstellender Weise aus, selbst wenn der Gegenstand chemisch gehärtet worden ist. Wenn ein hartes Objekt gegen die Kante eines chemisch gehärteten Glasgegenstandes stößt, besteht eine beträchtliche Gefahr, daß die Kante zahnartige Ausbruche bekommt oder durch Kantenbruch beschädigt wird. Eine solche Beschädigung verschlechtert den Gegenstand äußerst schwerwiegend, da sie den Vorteil der chemischen Härtung vermindert oder aufhebt, ΐαΐsächlich kann sich die Beschädigung der Kante

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Dr. Mülier-Bore Or. Manltz · Dr. Deufel · Dlpl.-Ing. Finsterwald Dlpl.-lng. Grimkow

33 Braunschweig, Am Bürgerpark 8 8 München 22. Robert-Koch-StraBe 1 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, MarktstraB· 3

Bank: Zentralkasse Bayer. Volksbanken. München. Kto.-Nr.9822 Postscheck: München 95495

soweit in der !Tiefe oder sogar in, die Inn ens chi ent en des Glases, die unter Zugspannung stehen, ausdehnen, so daß eine leichte Zugeini-jirkung auf den Gegenstand diesen zum Splittern "bringt.

Daher müssen Glas3egenstar.de mit Sorgfalt gehandhabt werden. Beim auf Lager nehmen, Verpacken und Transportieren der Gegenstände nüssen besondere Vorsichtsmaßnahnen getroffen werden. Alle diese Faktoren beeinflussen den Selbstkostenpreis der Gegenstände nachteilig.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Zerbrechlichkeit der Kanten von Glasgegenständen herabzusetzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß die Oberfläche und/oder das Querschnittsprofil von mindestens einen Teil einer solchen Kante durch Abschleifen fein bearbeitet und anschließend vor und/oder nach dem chemischen Härten des Glases einer Rektifizierungsbehandlung unter Entfernung oder Verminderung der Beeinträchtigung der Oberfläche des Gegenstandes durch fehler, die unter Zugbelastung Spannungskonzentrationen bewirken können, unterzogen wird.

Gegenstände, die dem erfindungsgemäßen Verstärkungsverfahren unterzogen worden sind, sind gegenüber Beschädigung als Folge von zahnartigen Ausbrüchen oder Kantenbruch durch Stoß zwischen dem Gegenstand und einem harten Körper an dem oder einem behandelten Kantenabschnitt des Gegenstandes weniger empfänglich.

Es ist überraschend, daß die Durchführung einer Abschleif- und einer Hektifizierungsbehandlung zusätzlich zu einer chemischen Härtung eine weit überlegenere Verbesserung gegenüber dem Effekt bewirkt, der erhalten wird, wenn nur

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eine Abschleif- oder eine Hektifizierungsbeliandlung zusätzlich zu einer chemischen Härtung durchgeführt wird.

Ein bloßes Abschleifen oder eine bloße Ausschaltung von Oberflächenrissen oder -fissiiren, z. B. mit Hilfe von Fluorwasserstoffsäure, ergibt keine vergleichbare Rektifizierung hinsichtlich der Stoßfestigkeit der Kanten. Venn beispielsweise eine aus einem Glasband geschnittene Glasscheibe, bevor sie chemisch gehärtet wird, 1 h in einer wäßrigen Lösung von Fluorwasserstoffsäure belassen xd.rd, ist die Stoßfestigkeit der Kanten der Scheibe nach dem Härten in der gleichen Größenordnung wie diejenige einer Scheibe, welche ohne zuvor mit Fluorwasserstoffsäure behandelt worden zu sein, getempert wurde.

Eine Rektifizierung der Kanteilfestigkeit kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden, wobei eine Kante des Gegenstandes abgeschliffen bzw. abgearbeitet wird, so daß die Kante geglättet oder feinbehandelt wird, selbst wenn das Abschleifen das Querschnittsprofil der Kante nicht verändert. Im Beisx^iel des Falles einer aus einem Rohling ■^röliorer Abmessung, z. B. einem Band, abgeschnittenen Glasscheibe, so daß die Scheibe senkrecht zu den Hauptflächen da? Scheibe senkrechte Kantenflächen besitzt, kann die Absclileifstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Stufe sein, bei welcher eine solche Kantenfläche durch Entfernung einer oberflächlichen Schicht des Glases hiervon fein— bearbeitet bzw. geglättet wird, wobei sie jedoch flach und senkrecht zu den Hauptflächen der Scheibe bleibt. Eine solche Abschleifbehandlung kann sehr leicht durchgeführt werden, da keine erneute Formung der Kanten erforderlich ist.

In vielen Fällen sind ,jedoch die Ergebnisse des erfindungs-'-•emäßen Verfahrens weit besser, wenn die Ab schleif stufe so

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dta?ciigeführt wird, daß das Querschnittsprofil mindenstens eines Kantenteiles des Gegenstandes geglättet wird. Das Glätten eines Quersohnittsprofiles umfaßt die Verminderung der Plötzlichkeit der Richtungsänderung von einer Stellung su der nächsten längs des Profiles. Mathematisch ausgedrückt unfaßt eine solche Glättung die Veränderung des Querschnittsprofiles mindestens eines Teiles der Kante des Gegenstandes, so daß der eingeschlossene Winkel zwischen den rechts und links zu dem Profil an einem vorgegebenen Punkt hiervon liegenden Tangenten vergrößert wird. Der Ausdruck "links und rechts liegende Tangenten" bezeichnet Linien, xvelche sich in gegensätzlichen Richtungen von einem vorgegebenen Punkt auf dem Profil erstrecken und tangential zu den Abschnitten des Profils auf gegenüberliegenden Seiten (genannt die links liegenden" und rechts liegenden" Seiten) eines solchen Punktei sind. Die rechts liegende und links liegende Tangente zu einem Bogen eines Kreises sind bei einem beliebigen vorgegebenen Punkt hiervon in einer Sichtung, d. h. der eingeschlossene Winkel zwischen ihnen beträgt 180 °. Das Glätten eines Querschnittsprofiles gemäß der Erfindung kann beispielsweise die Veränderung eines gekrümmten Profiles zu einem Profil umfassen, welches eine flachere Krümmung besitzt, jedoch ist die Wirkung des Glattens natürlich am ausgeprägtesten, wenn es die Entfernung einer Kante unter Bildung einer konvexen Facette oder sogar einer ebenen, gebrochenen Kante, welche gegenüber ,jeder der angrenzenden Abschnitte des Profiles mit einem Winkel geneigt ist, der größer ist, als der eingeschlossene Winkel der entfernten Ecke, umfaßt. Die eben gegebene mathematische Beschreibung der Profilglättung schließt den Pail nicht aus, in welchem das durch Abschleifen veränderte oder erzeugte Profil ebene, mit einem Winkel von weniger als oG ° sich treffende Facetten umfaßt, vorausgesetzt, daß die Tangente zu einer ebenen Facette als mit der Facette selbst zusammenfallend angesehen wird.

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Eine wertvolle Verbesserung kann oft erhalten iirerden, indem die Abschleifbehandlung nur auf einen Abschnitt einer Kante des Gegenstandes angewandt wird. Im Falle einer Glasscheibe, welche in einem anderen Gegenstand eingebaut oder hierin eingeschlossen werden soll, z. B. einer Verbundscheibe, so daß nur ein Rand der Scheibe in einer Stellung freiliegt, in welcher er wahrscheinlich einen Stoß aushalten soll, kann es genügen, die Abschleifbehandlung nur auf die oder eine Kante anzuwenden, Vielehe Teil dieses Randes der Scheibe ist. In einigen Fällen kann es sogar für die beabsichtigten Zwecke ausreichen, eine solche Abschleifbehandlung nur auf einen Teil einer solchen Kante anzuwenden. Beispielsweise kann eine solche Abschleifbehandlung auf eine Kantenfläche der Scheibe über die gesamte Breite einer solchen Kantenfläche jedoch lediglich längs eines Abschnittes ihrer Länge angewandt werden. Alternativ kann diese Abschleifbehandlung längs der gesamten Länge einer solchen Kantenfläche Jedoch nur auf einer Seite der Hittelebene der Scheibe durchgeführt werden. Daher ist der im Zusammenhang mit einer Scheibe verwendete Ausdruck "Kante" nicht nur auf eine Kantenfläche der Scheibe anwendbar sondern ebenfalls auf eine Außenecke zwischen dieser Kantenfläche und einer Hauptfläche der Scheibe, und beim Verstärken einer Scheibe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Abschleifbehandlung beispielsweise eine Behandlung sein, welche lediglich das Abrunden einer solchen äußeren Ecke umfaßt. Falls das Abschleifen auf eine oder mehrere Ecken auf einer Seite der Scheibe beschränkt wird, xirird die Behandlung abgekürzt, und solch ein beschränktes Abschleifen kann vollkommen ausreichend sein, z. B. in einem solchen Fall, in welchem die Scheibe über einen Teil ihrer Stärke in einer Matrix oder einem Rahmen eingebettet oder eingeschlossen werden soll, so daß die Kanten auf einer Seite der Sdeibe durch eine solche Matrix oder einen solchen Rahmen geschützt werden.

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Vorzugsweise wird die Abschleifbehandlung auf einer Kantenfläche über die gesamte Breite dieser Fläche durchgeführt. Der Vorteil der Behandlung erweist sich dann bei Stoßen an beliebigen Stellen quer über die Eaiitt, 'bzw. -'.-.:i Rand.

Bei einigen der vorteilhaftesten Ausführungsformen der Erfindung umfaßt die Abschleifbehandlung die Veränderung des Querschnittsprofiles mindestens eines Teiles bzw. Abschnittes einer Kante des Gegenstandes, so daß mindestens eine rechtxtfinkelige oder im wesentlichen rechwinkelige Ecke in ein Profil umgewandelt wird, bei welchem ein eingeschlossener Winkel von mehr als 90 ° zwischen einem Abschnitt des Profiles (oder der Tangente an diesem Abschnitt) und dem nächsten Abschnitt des Profiles (oder der Tangente zu diesem nächsten Abschnitt) vorhanden ist. Bei solchen Ausführungsformen entfernt die Abschleifstufe daher mindestens einen Eckenwinkel bei einen Kantenprofil oder vergrößert den eingeschlossenen Winkel mindestens einer dieser Ecken, wobei die Verbesserung ausgedrückt als Kantenfestigkeit, welche von diesem Verfahren herrührt, ganz besonders bemerkenswert ist.

Bei Ausführungsformen von besonderer Wichtigkeit für die hauptsächlichen Anwendungszwecke wird das Profil einer Kante eines Gegenstandes in Form einer Scheibe derart verändert, daß der Winkel zwischen den links liegenden und rechts liegenden Tangenten zu dem Profil an jeder Stelle des Profils der neuen Kantenfläche und an jedem der äußeren Endpunkte hiervon, welche den gebrochenen Kanten entsprechen, größer als 90 ° ist.

Das durch Abschleifen bzw. Abtragen gebildete neue Profil kann eine Aufeinanderfolge von Linien umfassen, welche aufeinanderfolgenden Kantenfacetten entsprechen. Beispielsweise kann im Fall einer Scheibe, welche anfänglich eine flache

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Kantenfläche senkrecht zu den Hauptflächen der Scheibe umfaßt, das neue Profil drei Linien umfassen, welche gegenüberliegende Flächen der Scheibe überbrücken und m-it diesen Flächen eine Aufeinanderfolge von vier eingeschlossenen Winkeln ,jeweils größer als 90 ° bilden. Falls das neue Profil symmetrisch ist, besitzen solche Winkel einen Wert von 1J5 °· Bevorzugt ist das durch Abschleifen gebildete, neue Profil, jedoch eine kontinuierliche, nach außen konvex gekrümmte Kurve.

Die Steigerung der Kantenfestigkeit kann mittels einer Vorrichtung bestimmt werden, welche ein Schlagteil umfaßt, das über eine vorbestimmte Entfernung gegen die Kante fallengelassen wird. Die Schlag- bzw. Stoßenergie hängt von der Fallhöhe und dem Gewichts des Schlagteiles ab. Das Schlagteil kann aufgehängt sein und gegen die zu untersuchende Kante herabschwingen gelassen werden, wobei die Schlagenergie, der von dem Schlagteil und dem Gegenstand gebildete Winkel und die Härte des Schlagteiles veränderlich sein können.

Durch einen Schlag auf die behandelte Kante bewirkten Beschädigungen können drei wohl-definierten Arten entsprechen: zahnförniges Ausbrechen am Rand, durch Entfernung von Glas gekennzeichneter Kantenbruch und Zersplittern des Gegenstandes. Die zur Bewirkung einer Beschädigung einer dieser drei Arten erforderliche Schlagenergie ist ein Maß der Beständigkeit des Gegenstandes gegenüber einer solchen Beschädigung. Einer solchen Behandlung kann ein Verstärkungskoeffizient zugeordnet werden, wobei ein solcher Koeffizient dem Verhältnis zur Bewirkung einer vorgegebenen Beschädigung erforderlichen Schlagenergien vor und nach der Durchführung der Verstärkungsbehandlung entspricht. Eine wie zuvor beschriebene Vorrichtung wurde mit Erfolg eingesetzt, um zu zeigen, daß der Verstärkungskoeffizient, wem die Abschleif-

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stufe Ecken entfernt oder den eingeschlossenen Winkel von Ecken vergrößert, größer ist, als wenn die abgetragene Kante eine flache Kantenfläche ist und bleibt.

Bei bestimmten vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist die abgetragene Kante eine Kantenfläche, der ein vorgegebenes, gekrümmtes Querschnittsprofil erteilt wird. Beispielsweise kann der Kantenfläche die Form eines Teiles eines Kreises oder einer Parabel gegeben v/erden. Die die Kante von den benachbarten Flächen des Gegenstandes trennenden, gebrochenen Kanten sind daher so, als ob sie längs solchen Flächen zurückgesetzt werden, und sie sind daher Schlagen bzw. Stoßen xireniger ausgesetzt, als wenn die Kantenfläche flach bliebe. Das Querschnittsprofil der Kantenfläche besitzt in einem solchen Fall keine scharfe Ecke. Ein solcher Profilgebungsschritt ermöglicht bei dieser Arbeitsweise insgesamt, den Kanten des Glasgegenstandes eine sehr zufriedenstellende Schlagfestigkeit zu erteilen.

Vorteilhafterweise wird durch die Abschleifstufe der Kante ein Querschnittsprofil in Form einer Krümmung erteilt, die glatt ohne Ecken in die angrenzenden Flächen des Gegenstandes ausläuft. Dies bedeutet, daß dann keine gebrochenen Kanten vorliegen. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird der Kante eine besonders hohe Festigkeit gegenüber Stoßen, selbst Stoßen unter einem Winkel erteilt. Beispielsweise kann bei der Behandlung einer Scheibenkantenflache das neue Kantenflächenproxil ein Halbkreis sein oder einen teilkreisförmigen, zentralen Abschnitt umfassen, der in Krümmungen von kleineren Radien zwischen diesem zentralen Abschnitt und den angrenzenden Flächen der Scheibe übergeht. Durch andere Krümmungen, xtfie Teile von Parabeln gebildete Profile sind ebenfalls vorteilhaft.

Das Abschleifen bzw. Abtr agen kann nach einer Anzahl von verschiedenen Wegen durchgeführt werden, vorteilhafterweise

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wird dieses Abschleifen bzw. Abtragen jedoch mittels einem oder mehreren, flexiblen Sohleifbändern durchgeführt.

Die Verwendung von flexiblen Schleifbändern erleichtert die Behandlung der Kante oder der Kanten der Gegenstände. Infolge der Flexibilität des Bandes oder der Bänder kann die Kante oder können die Kanten selbst zu einer ziemlich ausgeprägten Krümmungsform rasch geglättet iferden.

JJac Abschleifen kann mittels einer Anzahl von Bändern durchgeführt werden, welche in bezu.g auf die zu behandelnde Kante oder die zu behandelnden Kanten verschieden angeordnet sind. Die Bänder können sich ebenfalls hinsichtlich der Sorte und der Größe der verwendeten Körnung unterscheiden.

Es können aus Leinen, Papier oder einem beliebigen anderen, geeigneten Material hergestellte Unterlagen, welche einen Schleifmittelbelag tragen, verwendet werden. Das Schleifmaterial, welches auf den Unterlagebändern aufgeleimt sein kann, kann beispielsweise Aluminiumoxid oder Korund sein. Vorteilhafterweise wird ein Schleifband verwendet, welches Siliciumkarbidkörner enthält, die durch ein Sieb Hr. 170 hindurchtreten, jedoch in einem Sieb Hr. 500 zurückgehalten werden. Ein Sieb Hr. 170 (ASTIi E 11/39, 1939-1952, Teil III, Seiten 535-541) bedeutet ein Sieb, wobei die Seiten seiner quadratischen Maschen 88 Mikron messen, während beim Sieb Nr. 500 diese Abmessung 31 Mikron beträgt.

Die Verwendung solcher Korngrößen ist einerseits vorteilhaft, um eine zu rasche Entfernung des Materials von dem Gegenstand, wodurch ein Ausbrechen des Materials oder nichtgewünschte Facetten verursacht werden können, zu verhindern, und um andererseits das Abschleifen in annehmbarer Zeit durchführen zu können.

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Das Abschleifen kann in zwei Stufen bewerkstelligt werden, wobei in der ersten Stufe ein Schleifmittel der angegebenen Sorte und in der zweiten Stufe ein feineres Schleifmittel verwendet werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Abschleifbehandlung wird/werden eine oder mehrere, auf dem Umfang mit Einschnitten versehene Schleifscheibe/n verwendet, wobei die Form der Vertiefung auf dem Umfang die der au behandelnden Kante zu erteilende Form bestimmt. Die Schleifscheibe kann auf der Oberfläche belegt sein, z. B. mit Körnen von Siliciumkarbid oder Aluminiumoxid. Alternativ kann/können eine Diamantschleifscheibe oder -scheiben verwendet werden. Gegebenenfalls kann dem Abschleifen mittels einer Schleifscheibe ein Abschleifen mittels einem oder mehreren Schleifbändern für das anfängliche Glätten des Kantenprofiles vorausgehen, um scharfe, gebrochene Kanten von vorzeitiger Abnutzung der Schleifscheibe zu vermeiden.

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Während des Abschleifen^ kann das Werkstück mit einem Mineralöl oder einem Gemisch von Öl und Wasser benetzt werden. Ebenfalls ist es ausreichend, lediglich Wasser zu verv/enden, das den Vorteil einer höheren Kühlwirkung auf v/eist.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt zusätzlich zu der Abschleifbehandlung eine Rektifizierungsbehandlung, wodurch Risse oder Fissuren in der abgeschliffenen Kante oder den abgeschliffenen Kanten eliminiert und/oder modifiziert werden. Vorteilhafterweise macht die Hektifizierungsbehandlung die Kante von Fehlern frei, welche Grenzoberflächen mit plötzlichen Änderungen in der Richtung von einem Punkt zu einem anderen Punkt des Fehlers aufweisen. Fehler mit abgerundeten Grenzoberflächen und leichten und allmählichen Oberflächenvertiefungen sind nicht so in der Lage, schwerwiegende Spannungskonzentrationen zu bewirken. Eine solche Ausschaltung

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oder Modifizierung von Fehlern kann auf verschiedenen Wegen durchgeführt v/erden. Ein Weg besteht darin, die Kante oder die Kanten einer Feuerpolierbehandlung zu unterziehen. Die für das Feuerpolieren erforderliche Wärmemenge ist notwendigerweise nicht sehr hoch, da nur kleine Oberflächenbereiche für eine vorgegebene Zeitspanne beeinflußt werden müssen. Für das Polieren ist es ausreichend, mikroskopische Strukturen, d. h. Mikrorisse, zu beeinflussen. Jedoch bedingt eine solche Behandlung das Kühlen von mindestens Teilen der polierten Kante/Kanten.

Vrteilhafterweise wird die Ausschaltung und/oder Modifizierung von Rissen aus mindestens einem Teil einer Kante durchgeführt, indem dieser Teil mit einem Fluorionen enthaltenden Medium in Kontakt gebracht wird. Eine solche Behandlung bringt kein Abkühlen mit sich und kann bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden, z. B. einer Temperatur von 0 --80 G.

Ein sehr vorteilhaftes Medium für die Rektifizierung ist eine wäßrige, Fluorwasserstoffsäure enthaltende Lösung. Ein !heiteres geeignetes Mittel ist Ammoniumbifluorid. Beispielsweise kann ein Medium angewandt werden, welches eine Fluorverbindung, z. B. Katriumfluorid (HaF), in Anwesenheit von Schwefels äur e enthält.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält das Eektifizierungsmedium sowohl Fluorionen als auch Schwefelsäure, wodurch die Behandlung beschleunigt wird. Vorteilhafterweise enthält das Medium sowohl Fluorwasserstoffsäure als auch Schwefelsäure.

Vorteilhafterweise weist das Medium einen pH-Wert niedriger als 4 auf. Die Verwendung eines Mediums mit ausreichender Acidität dient dazu, sicherzustellen, daß eine beliebige Transparenz, welche die behandelte Kante oder die behandelten Kanten aufweisen, nicht verschlechtert wird. Durch die Ver-

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wendung von Medien geringerer Acidität bestellt die Neigung, die Oberfläche für Licht diffus zu machen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Säuremedium verwendet und daran gehindert, mit anderen Teilen der Gegenstandoberfläche, d. h. anderen Oberflächenteilen als der zu behandelnden Kante oder den zu behandelnden Kanten, in Kontakt zu treten. Oft ist es vorteilhaft, das Medium daran zu hindern, die Hauptoberflächenbereiche des Gegenstandes zu berühren, da es manchmal Oberflächenschäden aufdeckt, obwohl das Medium die Oberfläche.poliert.

Obgleich die Behandlung Schaden modifizieren kann, so daß sie als Spannungsverursacher weniger schädlich sind, können die modifizierten Fehler, z. B. vergrößerte Mikrofehler, sichtbarer sein. Daher ist die Beschränkung des der Säurebehandlung zu unterziehenden Bereiches für die endgültigen, optischen Eigenschaften des Gegenstandes günstig.

Der Kontakt des Behandlungsmediums mit einem vorgegebenen Oberflächenteil kann verhindert werden, indem ein solcher Oberflächenteil mit einer Schicht oder mehreren Schichten einer Substanz oder von Substanzen bedeckt wird, welche gegenüber Fluorionen praktisch inert ist/sind. Beispielsweise können organische Stoffe wie Paraffinwac&s eingesetzt werden. Nach der Durchführung der Behandlung mit dem Hektifizierungsmedium kann/können solche Schutzsubstanz/en entfernt werden.

Vorteilhafterweise wird der Schutz jedoch durch einen Abschirmkörper oder mehrere Abschirmkörper sichergestellt, der/die über dem/den von dem Rektifizierungsmedium abzuschirmenden Oberfächenteil/en angeordnet sind. Die Verwendung von festen Abschirmungen vermeidet die Entfernung von Schutzschichtüber-, zügen nach der Behandlung. ■

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Vorteilhafterweise wird ein Flüssigkeitsfilm zwischen dem oder jedem Abschirmkörper und dem/den abgeschirmten Oberflächenteil oder -teilen angeordnet, wodurch das Behandlungsmedium daran gehindert wird, in irgendeinem beträchtlichen Ausmaß zwischen einem solchen Oberflächenteil oder solchen Oberflächenteilen und der Abschirmung einzudringen. Bevorzugt v/erden Vasserfilme angewandt, in diesem Fall gibt es, falls ein Fluor enthaltendes Medium angewandt wird, eine schwache Diffusion von Fluorionen in dem Teil des Wasserfilmes, v/elcher/die behandelte/n Kante/n des Gegenstandes angrenzt, jedoch verschlechtert eine solche Diffusion die optische Qualität des/der abgeschirmten Oberflächenteiles oder -teile nicht.

Bei ge\tfissen anderen, vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung wird ein festes Füllmaterial zwischen der/den Abschirmung/en und dem/den zu schützenden Oberflächenteil/en angeordnet, um das Eindringen des Behandlungsmediums zwischen der/den Abschirmung/en und dem Gegenstand zu verhindern. Ein solches Füllmaterial kann irgendeinen Spalt zwischen einer dieser Abschirmungen und dem Gegenstand vollständig ausfüllen oder ein solches Füllmaterial, kann, z. B. in Form von Streifen, zwischen der Abschirmung und dem Gegenstand lediglich an den Rändern der Abschirmung angebracht werden.

In jedem Fall der Verwendung einer festen Abschirmung kann sie in ihrer Lage mittels eines Einklemmsystems gehalten werden.

Das erfindungsgemäße ■$£■£$fftjTffiWjffififeJ?^etj~d^-ft¹* Massenverarbeitung eingesetzt werden, und die/Verbesserungsbehandlung kann gleichzeitig an einer Vielzahl von Gegenständen durchgeführt werden. Vorteilhafterweise werden die Gegenständen so Seite an Seite angeordnet, daß sie in bezug aufeinander Abschirmungen bilden.

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bailer "ca stellt keine notwendigkeit, Ausgaben zur Herstellung spezieller Abschirmungen zu machen.

Beispielsweise ist es auf diese Weise möglich, eine Anzahl von Glasscheiben, z. B. 10 Stück, einer Rektifizierungsbehandlung zu unterziehen, indem die Scheiben Seite an Seite nit Wasserfilmen ζ v/i sehen abzuschirmenden Scheibenteilen gehalten werden.'Die Scheiben können aneinander mittels einer Einseifvorrichtung zusammengehalten werden, welche sich gegen die zv/ei Endscheiben stützt. Diese zwei Scheiben können nach der Behandlung mit dem Verbesserungsmedium verwendet werden, falls ihre optischen Qualitäten für den beabsichtigten Verwendungszweck als ausreichend angesehen v/erden. Andererseits können solche Endscheiben ausgeschieden v/erden. Alternativ können Abschirmungen, die eine Anzahl von Haien wiederverwendet v/erden können, an den Enden einer Anordnung von Gegenständen angebracht werden.

Wie zuvor beschrieben, kann eine Rektifizierungsbehandlung vor und/oder nach der chemischen Härtung durchgeführt werden.

Jedoch ist es nicht vorteilhaft, eine Feuerpolierbehandlung als Rektifizierungsbehandlung nach dem chemischen Härten anzuwenden, da die durch die chemische Härtung induzierten Druckspannungen entspannt werden wurden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf Gegenstände aus einer beliebigen Sorte Glas angewandt v/erden. Beispielsweise kann das Verfahren auf Natronkalk-, Borsilikat-, Phosphat-, Borat- und Bleigläser sowie aluminiumoxidreiche und zirkonoxidreiche Gläser angewandt worden.

Das an sich bekannte chemische Härten bewirkt die Erzeugung von Oberflächendruckspannungen in dem Glas durch eine Be-

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handlung, bei welcher Ionen in die Oberfläche des Glases aus einem hiermit in Kontakt stehenden Medium diffundieren, welches vorzugsweise ein geschmolzenes Medium, z. B. ein geschmolzenes Salz, ist, jedoch auch in Form eines Gases, einer Paste oder eines Dampfes -vorliegen kann. Die Druckspannungen erhöhen wesentlich die Zugfestigkeit des Glases.

Eine anwendbare Art einer chemischen Härtungsbehandlung umfaßt eine Substitution von normalerweise in dem Glas vorliegenden Ionen, z. B. ITatriumionen, durch größere, aus dem Kontaktmedium stammenden Ionen bei einer Temperatur, welche nicht ausreichend hoch für das Auftreten einer vollständigen Spannungsaufhebung in dem Glas in der zur "Verfugung stehenden Zeitspanne ist. Bei dieser Art von Härtungsbehandlung können die in das Glas diffundierenden, größeren Ionen beispielsweise Kalium-, Rubidium- oder Cäsiumionen sein.

Alternativ kann die Ionendiffusion eine Substitution von normalerweise in dem Glas vorhandenen Ionen, z. B. Natriumionen, durch aus dem kontaktierenden Medium stammenden Ionen umfassen, welche auf den Oberflächenschichten des Glases einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten bewirken, wobei eine solche Substitution bei einer ausreichend hohen Temperatur, um das Auftreten von Entspannung in dem Glas zu ermöglichen, erfolgt. Bei dieser Art von chemischer Härtung können die in das Glas diffundierenden Ionen beispielsweise lithiumionen sein.

Unabhängig von der Art der chemischen Härtung kann die Ionendiffusion lediglich durch Erhitzen auftreten, oder sie kann durch ein elektrisches Gleich- oder Wechselstromfeld begünstigt werden. Die Diffusion kann ebenfalls durch Verwendung von Schalloder Ultraschallwellen gefördert werden. Das Härten kann in zwei Stufen durchgeführt werden, wobei jede der Stufen die Diffusion von Ionen eines verschiedenen Elementes auf das

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Glas umfaßt. Die ausgetauschten Ionen sind vorzugsweise Alkalimetallionen, jedoch können sie auch Ionen mit einer höheren Wertigkeit als 1,0 sein. Die chemische Härtung kann mit einer thermischen Härtung kombiniert werden, und ihr kann eine Kristallisation folgen. Der Gegenstand kann örtlich oder in einem bestimmten Bereich oder in bestimmten Bereichen gehärtet werden, z. B. lediglich an den Kanten oder Rändern, oder er kann insgesamt entweder gleichförmig oder unterschiedlich gehärtet werden. Das Härten kann darüberhinaus nach oder vor dem Abschluß der Herstellung des Gegenstandes durchgeführt werden. Vor oder nach dem Härten können die Gegenstände mit einer Schicht bedeckt werden, beispielsweise einer harten Schicht oder einer Scücht mit optischen Eigenschaften.

Die Erfindung kann auf Gegenstände in Form von Scheiben und auf Gggenstände mit komplizierteren Formen wie beispielsweise Behälter angewandt werden.

Ein Gegenstand oder mehrere Gegenstände, welche erfindungsgemäß verstärkt wurden, können mit einem oder mehreren anderen Gegenständen zusammengebaut werden, z. B. einem oder mehreren Gegenständen, der oder die ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verstärkt wurden, um einen anderen Gegenstand zu bilden.

Beispielsweise können zwei oder mehr Scheiben eines glasartigen Materials, welche erfindungsgemäß behandelt wurden, mittels einer oder mehrerer, zwischengelegter, organischer Scheiben bzw. Folien zur Bildung eines Schichtkörpers zusammengebaut werden. Die Erfindung besitzt für solche Schichtkörper speziellen, potentiellen Wert. Sie werden beispielsweise als Verglasungstafein angewandt, bei welchen eine Kantenfestigkeit ein.sehr wichtiger Faktor ist. Ein bemerkenswertes Beispiel ist eine Fahrzeugwindschutzscheibe, welche aus

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einer Folie aus thermoplastesehen Materialien, z. B. Polyvinylbutyral, und zwei Scheiben aus flachem oder gebogenem, chemisch gehärtetem Glas, dessen Enden abgeschliffen und verbessWtf^wOT&enf §F B. mit einer Lösung von Fluorwasserstoffsäure behandelt wurden, zusammengebaut sind.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen Gegenstand, welcher mindestens einen nach dem zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Kantenabschnitt aufweist.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die schematischen Figuren der Zeichnung beschrieben^ hierbei ist:

Fig. 1 ein Querschnittsaufriß einer Einrichtung zur Messung der Schlagfestigkeit;

Fig. 2 bis 4 Querschnitte von Teilen dreier verschiedener Glasscheiben;

Fig. 5 ein teilweise geschnittener Aufriß eines Stapels von zusammengeklammerten Glasscheiben, welche für eine Rektifizierungsbehandlung vorbereitet sind;

Fig. 6 in der Aufsicht eine in eine Abschirmung als Vorbereitung für die Kantenbehandlung der Scheibe montierte Einzelscheibe;

Fig. 7 sin- Aufriß teilweise im Querschnitt einer anderen Anordnung von zusammengeklammerten Glasscheiben, welche für eine Rektifizierungsbehandlung vorbereitet sind.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung:

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Die Kanten einer aus einem Glasband mit der im folgenden aufgeführten Zusammensetzung geschnittenen Glasscheibe:

SiO₂ 69 Gew.%

Na₂O 12 "

CaO 6 "

MgO 7 "

Al₂O₃ 6 "

nit den Abmessungen 1,6 m χ 0,8 m χ 0,002 m wurden mittels eines Schleifbandes von 15 cm Breite, welches mit Siliciumkarbidkörnern auf der Oberfläche belegt war, abgeschliffen. Die Größe der Körner war so, daß sie durch ein Sieb Hr. 325 mit einer Maschenweite von 44 Mikron hindurchgingen, jedoch von einem Sieb Nr. 400 mit einer Maschenweite von 37 Mikron,(qeweils quadratische Maschen) zurückgehalten wurden. Das Abschleifen wurde auf einer Maschine konventioneller Bauart für diese Behandlungsart durchgeführt. Eine solche Maschine umfaßt beispielsweise einen Träger, wodurch die Scheibe in einer horizontalen Ebene gehalten werden kann, und einen Satz von zwei Riemenscheiben, um Vielehe ein endloses Schleifband läuft. Der Arbeitsweg des Bandes ist in einer senkrechten Ebene angeordnet. Bei dieser Art von Vorrichtung verschiebt das Bedienungspersonal die Kanten der Scheibe längs der Arbeitsbahn des Bandes.

Die Arbeitszone des Schleifbandes wurde mit einem Wasserstrahl zur Kühlung der Scheibenkanten besprüht. Die Arbeitsbehandlung dauerte 3 min bei einer Scheibe der zuvor genannten Abmessungen.

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Die abgeschliffenen Kanten waren flach und befanden sich in einem Winkel von 90 ° zu den Hauptflächen der Scheibe» Die Hauptflächen der Glasscheibe wurden dann mit einer Schicht von Paraffinwachs mit Ausnahme einer Randzone von 5 am Breite bedeckt»

Die so beschichtete Glasscheibe wurde dann in eine wäßrige Lösung eingetaucht, welche 5 Vol_o% Fluorwasserstoffsäure und 6 Yolo% Schwefelsäure enthielt. Die Lösung war in einem Behälter aus rostfreiem Stahl untergebracht und befand sich auf einer Temperatur von 24 ⁰O. Nach 45-minütiger Behandlung nUrde die Glasscheibe aus dem Bad entnommen, und die Paraffinwachsschichten wurden entfernt.

Bei einer anderen Ausführungsform zum Schutz der Scheibenflächen vor der Säure wurde eine polymerisierte Schutzschicht mittels einer Spritzpistole auf die Hauptscheibenflächen aufgetragen. Die mittels der Spritzpistole aufgetragene Zusammensetzung war ein Vinylacetat/Vinylchloridcopolymerisat.■

Nach dem Trocknen der Schutzschichten wurden die eine Randzone von 1 mm Breite auf jeder der Hauptflächen bedeckenden Schichten und die Schutzschicht auf den Kantenflächen der Scheibe weggeschliffen₀

Die Scheibe wurde dann in eine Säure der oben angegebenen Zusammensetzung eingetaucht.

Auf die Rektifizierungsbehandlung folgend wurde die Scheibe auf eine Temperatur von 465 ⁰O erhitzt und dann 10 h in ein Bad aus geschmolzenem KNO^ bei einer Temperatur von 470 ⁰G eingetauchte Die Scheibe wurde dann aus dem Bad entfernt und gekühlt. Während des Eintauchens in dem Bad wurden Natriumionen bis zu einer Tiefe von 25 Mikron aus der Ober-

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.fläche der Scheibe durch Kaliumionan substituiert. Die Biegefestigkeit der Scheibe wurde hierdurch auf etwa

58 kg/mm erhöht, wobei dieser Wert durch Messungen von Glasproben identischer Zusammensetzung,.welche gleichzeitig in derselben Weise wie die Glasscheibe behandelt worden war, erhalte-n wurde.

Die Festigkeit gegenüber Kantenbruch bzw. Kröseln der behandelten Scheibe wurde mittels der in Figur i gezeigten Vorrichtung gemessen. Die Vorrichtung umfaßte ein Schlagteil 1, welches über eine Stange 2 von einem an einem aufrechtstehenden Teil 9 angebrachten Arm 4- herabhing. Die das Schlagteil 1 tragende Stange 2 war rund um einen xvaagerechten Zapfen 5 schwenkbar. Das Schlagt eil 1 kann auf der Stange in gerader Linie hiermit anmontiert sein oder so, daß es einen Winkel mit der Stange bildet. Eine zu untersuchende Scheibe 5 wurde auf einem Träger 7 mit einer Kante gegen einen verschiebbaren Halteblock 8 angeordnet. Die Kante 6 der Scheibe 5 war auf diese Weise unterhalb des Zapfens ρ angeordnet. Wenn die Stange 2 vertikal war, ruhte das Schlagteil gegen der Kante 6 der Scheibe.

Für Untersuchungszwecke wurde das Schlagteil so angehoben, daß die Stange 2 einen Winkel mit der Vertikalen bildete, danach wurden die Stange und das Schlagteil frei unter dem Einfluß der Schwerkraft rund um den Zapfen 3 herabschwingen gelassen, so daß das Schlagteil auf die Kante 6 der Scheibe aufschlug, während das Teil 1 sich praktisch horizontal bewegte.

Die Wirkung des Schlagteiles hängt von seiner Härte ab. Der Test wurde unter Verxirendung von Schlagt.eilen verschiedener Härte auf der Stange 2 durchgeführt, z. B. Teilen von

ρ ρ

500 kg/mm oder 1000 kg/mm Vickers-Härte. Die Schlagenergie,

- 20 -.

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mit welcher die Kante der Scheibe durch ein bestimmtes Schlagteil ausgebrochen bzw. gekröselt wurde, wurde in Werten des Winkels aufgezeichnet. Die Schlagenergie ist in der Proportion höher, wenn der Winkel größer ist. Die Methode erlaubt einen Vergleich zwischen den minimalen Schlagenergien, welche erforderlich sind, um die Kante einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Scheibe einerseits auszubrechen bzw. auszukröseln und einer Scheibe andererseits, welche von identischer Größe und Zusammensetzung ist, die jedoch nicht abgeschliffen

bzw. rektifiziert' ° . ^b oder verbessert xfiirde. Das Verhältnis zwischen solchen Energien ist ein Maßstab zum Messen der Verstärkungswirkung als Polge der zuvorgegangenen Behandlung. Ein solches Verhältnis wird als Verstärkungskoeffizient bezeichnet.

Zur Untersuchung der gemäß diesem Beispiel behandelten Scheibe wurde ein Schlagteil mit einer Vickers-Härte von annähernd 5OO kg/mm verwendet. Das Schlagteil wurde in gerader Linie mit der Stange 2 angeordnet, so daß der Winkel 0 war.

Der Verstärkungskoeffizient in bezug auf Kantenbruch"·: bzw. Kröseln für die wie zuvor beschrieben behandelte Scheibe ist 2, dies bedeutet, daß die zum Brechen, bzw. Kröseln der Kante der Scheibe erforderliche Energie zweimal so groß ist wie diejenige, die zum Kantenbruch bzw. Kröseln einer

die Scheibe desselben Glases, welches auf *selbe Weise chemisch gehärtet wurde, dessen Kanten jedoch nicht abgeschliffen oder mittels Fluorwasserstofflösung behandelt worden waren, erforderlich ist.

Die Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Kantenbruch bzw. Kröseln ist beispielsweise aus ästhetischen Gründen von selbst wesentlich. Jedoch besitzt sie die zusätzliche Wirkung der Erhöhung der Biegefestigkeit der Glasscheibe.

- 21 209848/109

to :nz?de ΐ. ε finden, ca£ der Zaziten&ruch bsw. das ilarteniiröseln die Biegefestigkeit der- Scheibe von 58 l:_t;;/mrn~ auf 7 kg/mrn^ absinken ließ.

Beispiel 2

Die Kanten einer Glasscheibe mit der folgenden Zusammensetzung:

SiO₂	72	Gew.%
Na₂O	14	,2 Gev/. %
GaO	8	1 "
MgO	4	,5 "
Al₂O₃	1	,2 »

mit den Abmessungen 90 cm χ 130 cm χ 0,6 cm wurden geschliffen, um ihrer Außenlinie eine abgefaste Form, v/i ο in Figur gezeigt, zu geben.

Zu diesem Zweck xirurden die Kanten der Scheibe bei horizontal gehaltener Scheibe aufeinanderfolgend vor drei endlosen Schleifbändern vorbeigeführt, deren Arbeitsbereich senkrecht angeordnet war.

Das erste Band besaß Siliciumkarbidkörner, die durch ein Sieb ITr. 170 (quadratische Maschen von 89 Mikron) hindurchgehen, jedoch durch ein Sieb Nr. 200 (quadratische Maschen von 76 Mikron) zurückgehalten wurden.

Das aweite, senkrechte Band besaß die Siliciurakarbidkörner, welche durch ein Sieb Nr. .525 (quadratische Haschen von 44 Mikron) hindurchgingen, Jedoch nicht durch ein oieb Nr. 400 (quadratische Haschen von 37 Mikron).

Das dritte, senkrechte Band besaß Siliciuirkarbidkörner, welche durch ein Sieb Nr. 400 (quadratische Maschen von

- 22 ~ 209848/1097

37 Mikron) hindurchgingen, .jedoch nicht durch ein Sieb Hr. 5OO (quadratische Haschen von 3Ί Mikron).

Das Abschleifen mittels dieser drei Bänder ergab eine glatte, flache Kantenfläche senkrecht zu den Hauptflächen der Scheibe« Ein Teil dieser flachen Fläche verblieb in dem endgültigen, abgefasten Profil und stellt die mit 21 bezeichnete Facette dar. Die Ausbildung dieser·glatten, flachen Kantenfläche erforderte 6 Minuten..

Zur Ausbildung der beiden anderen Facetten 22 und 23 wurden zwei endlose Schleifbänder verwendet, welche gegenseitig in dem geeigneten Winkel geneigt waren, wobei jedes Band in einem Winkel von 45 zu der Horizontalen angeordnet war. Die Schleifnittelkörper dieser weiteren Bänder besaßen dieselben Größen wie die Körner des dritten, zuvor beschriebenen Bandes. Die eingeschlossenen Winkel zwischen den aufeinanderfolgenden Facetten 22, 21, 23 und den Flächen 24, 25 der Scheibe betrugen immer 135 °· Die Ausbildung der Facetten 22 und 23 erforderte 8 Minuten.

Nach den Abschleifen wurde die Glasscheibe in fließendem Wasser gewaschen und getrocknet.

Die vier Ränder der Scheibe wurden dann aufeinanderfolgend 30 min in eine wäßrige Lösung, welche 10 Vol.% Fluorimsserstoffsäure enthielt, .bei, einer Temperatur von 22 ⁰C eince-

berunrte ^u

taucht. Die Lösung *- gleichzeitig eine Randzone von 10 mm Breite der Hauptoberflächen ebenso wie die abgefasten Kantenflächen·

Die Scheibe wurde dann 40 Stunden in ein Bad aus geschmolzenen GsNO₇ bei 445 ⁰C eingetaucht. Das Bad enthielt 0,2 % Ga₀GO₇. Die Zugfestigkeit der gehärteten Glasscheibe betrug 130 kg/mm .

- 23 -209848/1097

Es wurden Messungen der erhöhten Verstärkung der Kanten

f\ GkCi

als Folge/. Abfasens und des Kontaktes mit Fluorwasserstoffsäure durchgeführt unter Vergleich der Beständigkeit gegenüber Kantenbruch bzw. Kröseln der Glasscheibe mit derjenigen einer Glasscheibe identischer Größe und Zusammensetzung, welche .nicht der Abfas- und Rektifizierungsbehandlung unterworfen worden war, die jedoch in derselben Weise gehärtet worden war.

Für den Vergleich wurde die in Figur 1 gezeigte und in Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung angewandt. Die Vickers-Härte

des Schlagteiles betrug 1000 kg/mm .

Bei einem ersten Test betrug der Winkel zwischen der Achse des Stabes und dem Schlagteil 0 °. Die Schlagfläche des Schlagteiles war daher im Augenblick des Zusammenstoßens mit der Kantenfläche der Scheibe senkrecht. Es wurde gefunden, daß der Verstärkungskoeffizient bezüglich Kröseln etwa 1,3 betrug ohne Berücksichtigung, daß die Kontaktflache zwischen dem Schlagteil und der Scheibenkante im Falle der erfindungsgemäß behandelten Scheibe als Folge des Abfasens nur ein Drittel der Kontaktfläche im Falle der nichtgefasten Scheibe betrug.

Bei einem zweiten Test betrug der Winkel 20 °. Unter diesen Bedingungen fiel das Schlagteil auf die gebrochene Kante der nicht gemäß der Erfindung behandelten Scheibe. Diese Vergleichsscheibe war in der Vorrichtung so angeordnet, daß die der Schnittlinie der Scheibe entsprechende, gebrochene Kante den Schlag des Schlagteiles aushielt. Der Verstärkungskoeffizient betrug 3·

Bei einem letzten Test betrug der Winkel 45 . Die Schlagfläche des Schlagteiles schlug daher auf eine der Facetten 22, 23 der Abfasung der erfindungsgemäß behandelten Scheibe

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sr

auf, wobei diese Fläche und diese Facette im Augenblick des Aufschlags parallel waren. Die unbehandelte Scheibe wurde in der Vorrichtung in derselben Weise wie bei dem zweiten Test angeordnet. Der Verstärkungskoeffizient lag in der Größenordnung von 100.

Beispiel 3

Zehn Glasscheiben mit den Abmessungen 1 m χ 1,10 m χ 0,005 m mit der folgenden Zusammensetzung:

SiO₂	69	Gew.%
Na₂O	12	Il
OaO	6	Il
MgO	7	Il
Al 0	6	π

wurden in zwei Stufen an den Kanten abgeschliffen. In der ersten Stufe wurde ihnen eine abgefaste Form durch aufeinanderfolgende Abschleifstufen, wie sie in Beispiel 2 angewandt wurden, gegeben, so daß den Kanten das in der Fig. 2 gezeigt Profil erteilt wurde. Diese Stufe erforderte 15 Minuten. In der zweiten Stufe wurden die Kanten weiter mittels einer auf dem Umfang mit einer Vertiefung versehenen Diamantschleifscheibe mit einem Durchmesser von 11 cm abgescTiliffen, wobei die Umfangsvertiefung ein halbkreisförmiges Profil mit einem Krümmungsradius von 3»55 nun war, während der Öffnungswinkel 30 ° betrug. Die Diamantkörner der Schleifscheibe besaßen eine solche Größe, daß sie durch ein Sieb Nr. 325 (44 Mikron) jedoch nicht durch ein Sieb Nr. 400 (37 Mikron) hindurchgingen. Während des Schleifens wurde jede Glasscheibe horizontal aif einem Tisch gehalten, wobei die Kanten der Scheibe von den Kanten des Tisches hervorragten. Die Diamantschleifscheibe wurde von einem be-

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weglichen Arm gehalten und von Hand rings um die Scheibe geführt, während die Schleifscheibe mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 1000m/min gedreht wurde. Auf das Werkstück wurde Wasser in einer Menge von 8 l/min gesprüht. Durch diese Behandlung wurde jeder Kante eine.in .Fig. 3 gezeigte, konvexe Krümmung erteilt, wobei gebrochene Kanten 561 36' zurückblieben, bei welchen die Abfasung 34 die Hauptflächen 35» 35' schnitt_v wobei der Winkel zwischen jeder dieser Hauptflächen und der Tangente zu der Krümmung unmittelbar angrenzend an eine solche Hauptfläche etwa 135 °-betrug.

Durch diese Behandlungen wurden die Scheibenkanten verstärkt, um jedoch weiter die Schlagfestigkeit der Kanten zu erhöhen, wurden sie weiter in einer dritten Stufe unter Verwendung eines Schleifbandes mit AluminiumoxidkörnerA die durch ein Sieb Nr. 400 (37 Mikron Maschenweite), jedoch nicht durch ein Sieb Nr. 500 (31 Mikron Maschenweite) hindurchgingen, abgeschliffen.

Dieses Band wurde verwendet, um die Scheiben an den gebrochenen Kanten abzuschleifen, so daß diese Kanten praktisch vollständig entfernt wurden, wobei die Scheiben mit einem Kantenprofil 37» wie es in der Fig. 4 gezeigt ist, zurückblieben. Das Profil umfaßt drei Abschnitte AB, BG und ÖD. Der Abschnitt BC ist ein Kreisbogen mit einem Krümmungsradius, welcher demjenigen der Umfangsvertiefung in der Diamantschleifscheibe entspricht. Die Abschnitte AB und CD sind glatte Krümmungen mit einem etwas kleineren Radius, welche den Abschnitt BC mit den Hauptflächen 38, 38' der Scheibe verbinden.

Die zehn Scheiben wurden dann zusammengebaut, wie dies in Figur 5 gezeigt ist. Die Anordnung der Scheiben 41 mit zwischenangeordneten Wasserfilmen 42 wurden mittels zweier Klemmrahmen 44, 45 aus rostfreiem otahl zusammengehalten,

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209848/109?

wobei jeder zwei Platten 47, 48 umfaßt, die durch zwei Rohre 46 (eines auf jeder Seite des Scheibenstapels) verbunden waren, deren Enden durch Löcher in diesen Platten fiihpten. Muttern 49 wurden auf mit Gewinde versehene Endabschnitte der Rohre 46 aufgeschraubt, um die Platten fest gegen gegenüberliegende Enden des Stapels zu pressen. Der erhaltene Zusammenbau der Scheiben wurde 20 min in eine wäßrige Lösung eingetaucht, welche 6 Vol.% Schwefelsäure und 6 Vol.% Fluorwasserstoffsäure enthielt, wobei sich die Lösung auf einer Temperatur von 35 G befand.

Nach dieser Behandlung wurden die zwei äußeren Scheiben, deren Oberflächen die gewünschten, optischen Eigenschaften nicht mehr aufwiesen, verworfen, während die acht restlichen Scheiben gewaschen und getrocknet wurden. Diese acht Glasscheiben wurden dann 30 Stunden in ein Kaliumnitratbad bei einer Temperatur von 480 ⁰O eingetaucht. Durch diese chemische Härtungsbehandlung wurde den Scheiben eine Zugfestigkeit von 70 kg/mm erteilt.

Die Verstärkung der Scheibenkanten gegen Beschädigung unter' Schlagen wurde unter Verwendung des in Fig. 1 gezeigten Apparates gemessen. Das verwendete Schlagteil besaß eine Vickers-Härte von 1000 kg/mm . Die Verstärkung der Scheibenkanten wurde mit derjenigen anderer Scheiben aus Glas identischer Zusammensetzung und Größe, deren Kanten auf die abgfaste Form abgeschliffen worden waren und denen dieselbe Säurebehandlung und chemische Härtungsbehandlung erteilt worden war, deren Kanten jedoch auf die in Fig. 2 gezeigten Formen abgeschliffen worden waren, verglichen.

Ie einem ersten Test betrug der Winkel zwischen dem Stab und dein o^hlagteil 0 °. Der Verstarkungskoeffizient hinsichtlich Kröseln betrug 1,1.

In einen zweiten Test betrug der Winkel zwischen dem Stab

- 27 209848/1097

und dem Schiabteil ZO °. Der Vei^stärkungskoeffizient b et 1¹ 14-.

In einem dritten Test wurden die Scheiben in der in Fig. *i gezeigten Vorrichtung so angeordnet, daß sie einen Winkel von 45 ° mit dem Träger 7 bildeten. Der Winkel zwischen dem Stab und dem Sclilagteil betrug 25 °. Der Verstärkungskoeffizient hinsichtlich Kröseln betrug in diesem SLIe 10.

Die Verstärkung gegen Schläge in der bei dem dritten Test auftretenden Richtung war die Folge der letzten Abschleifstufe, in welcher die gebrochenen Kanten 36, 36' entfernt wurden. Dies wurde durch Durchführung desselben Testes an einer Scheibe mit dem in Fig. 3 gezeigten Profil nachgewiesen. In diesem Fall betrug der durch Vergleich mit einer Scheibe, welche das in Fig. 2 gezeigte Kantenprofil aufwies, bestimmte Verstärkungskoeffizient lediglich 1,6.

Beispiel 4-

Die Randfassung einer Blumenschale aus Natronkalkglas, welche die Form eines Teiles einer Kugel von 1 m Durchmesser besaß mit einer Wandstärke von 10 mm wurde geschliffen, um der Randkante ein genaues Profil mit einem Krümmungsradius von 6 mm zu erteilen. An den gebrochenen Kanten zwischen den parallelen Hauptflächen der Schalenwand und der Randkante betrug der Winkel zwischen jeder dieser Flächen und der Tangente an die Kantenkrümmung unmittelbar an diese Flächen angrenzend etwa 135 °.

Die Randzone der Schale wurde 4-0 min in einer wäßrigen Lösung, welche 6 Vol.% HF und 5 Vol.% H₅SO^ enthielt, bei 22 ⁰C behandelt. Die Schale wurde mit der oberen Seite nach unten aufgehangen, so daß nur ihre Randkante und eine Randzone der

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Schaleriwand von wenigen Millimetern Breite in das Bad eingetaucht viaren.

Zuletzt wurde die Schale chemisch durch 15-stündiges Eintauchen in einem Kaliumnitratbad bei 450 ⁰O gehärtet.

Die Verstärkung der Randzone gegenüber Schlägen wurde unter Verwendung der in Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung gemessen, jedoch mit der Ausnahme einer Abänderung, wodurch es möglich wurde, die Schale auf dem !rager mit dem Rand der Schale in einer senkrechten, sich durch den Zapfen 3 der Vorrichtung erstreckenden Ebene zu halten.

Die Festigkeit der abgerundeten Randkante der Schale gegenüber Kröseln wurde mit derjenigen einer Schale verglichen, welche eine zu einer Facette geschliffene Randkante besaß. Die Kröselfestigkeit wurde unter Verwendung eines Schlagteiles mit einer Härte von 2000 kg/mm gemessen. Der Verstärkungskoeffizient für einen Winkel von 0 ° zwischen der Stange und dem Schlagteil betrug 1,5» derjenige für einen Winkel von 20 ° zwischen der Stange und dem Schlagteil belief sich auf 10.

Beispiel 5

Die Kanten eines Satzes von Glasscheiben der folgenden Zusammenset zung :

SiO₂ 72 Gew.%

Na₂O 14 " CaO 8 " MgO 5 " Al 0 1 "

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wobei Jede Scheibe die Abmessungen 40 cm χ 20 cm Ο,ί er besaß, wurden mittels dreier endloser Schleifbänder abgQ3ch.3.ii-fen, welche mit Siliziumkarbidkörnern einer solchen Größe bedeckt waren, daß sie durch ein Sieb ITr. 400 (37 Hikron), jedoch nicht durch ein Sieb Nr. 500 (3'i Mikron) hindurchgingen. Die drei Bänder waren so angeordnet, daß ihre Arbeitsbereiche in verschiedenen.Ebenen zum Schneiden der Schoibenkanten zu einer dreiteiligen Facette angeordnet waren. Die facettierten Scheibenkanten besaßen dio in Fig. 6 gezeigte Form, wobei jede der äußeren Facetten des Kanten!la·* chenprofiles einen eingeschlossenen Winkel von 145 ° ^mit der angrenzenden Hauptfläche der Scheibe bildete.

Die facettierten Glasscheiben wurden dann chemisch durch

es Eintauchen in ein Bad von geschmolzenem Kaliumnitrat bei 470 ⁰C gehärtet.

Auf diese chemische Härtungsbehandlung folgend wurde jede Scheibe zwischen zwei Platten 50, 5"1 aus roötfreiem Stahl mit leicht größeren Längen- und Breitenabmessungen als die Glasscheibe, wie in Fig. 6 gezeigt, eingeklammert, wobei diese Platten gegen die Glasscheibe mittels Klammern 53, 54-gehalten wurden. Während die Glasscheiben in ihrer Einklammerung vorlagen, wurden sie 10 min in eine auf 20 ⁰C gehaltene, wäßrige Lösung eingetaucht, welche 6 Vol.% Fluorwasserstoffsäure und 6 Vol.% Schwefelsäure enthielt.

Die Platten 50 und 5'l aus rostfreiem Stahl schirmten die Hauptflächen der Glasscheiben vor dem Kontakt mit dem Säure-Medium während dieser Behandlung ab, und das Säuremediuia kam nur mit den facettierten Kantenflächen der Scheiben in Kontakt.

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BAD ORIQiNAL

!■-ach dieser Säurebehandlung wurden die Klammern von den G-lacscheiben entfernt, und die Scheiben wurden mit Wasser -^waschen und getrocknet.

Die Verstärkung der Kanten der Glasscheiben gegenüber Einzaclrungen wurde dann gemessen, wobei die mit Bezug auf Fi,?;. 1 beschriebene Vorrichtung verwendet wurde, bei weleher, das Schlagteil eine Vickers-Härte von 780 kg/mm besaß. Die Ergebnisse wurden mit der in identischen Untersuchungen bestimmten Beständigkeit gegenüber Einzackung von Scheiben identischer Größe und Glaszusammensetzung verglichen, welche in derselben Weise ehemisch gehärtet x^orden waren, die jedoch nicht facettiert und nicht irgendeiner Behandlung mit Säuremedium unterzogen worden waren.

Bei einer ersten Reihe von Vergleichsversuchen wurde das Schlagteil in gerader Linie mit der Stange, auf welcher es montiert war, angeordnet. Der Verstärkungskoeffizient betrug 1,6.

Bei einer zweiben Reihe von Untersuchungen wurde das Schlagteil mit seiner Achse in einen Winkel von 20 ° zu der Achse der Stange angeordnet. In diesem lall betrug der Verstärkungskoeffizient 5·

Bei einer dritten Reihe von Untersuchungen wurde das Schlagteil mit seiner Achse in einen Winkel von 45 ° zu der Achse der Stange angebracht. Der Verstärkungskoeffizient betrug in diesem Falle 8.

Beispiel 6

Die Kanten von 12 Glasscheiben mit den Abmessungen 1 m χ 1 ,10 m :: 0,0OJ m der folgenden Zusammensetzung:

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BAD ORfGtMAL

SiO₂	64	Gew.%
Na₀O	11	Il
CaO	6	Il
MgO	6	It
B₂O₃	8	It
Al₂O₃	5	It

wurde ein abgerundetes Profil nach der in Beispiel 3 verendeten Abschleifarbeitsweise erteilt. Die 12 Scheiben wurden wie in Fig. 7 gezeigt, zusammengebaut. Aus Platten aus starrem Polyvinylchlorid geschnittene Abstandsstreifen 62 wurden zwischen aufeinanderfolgenden Scheiben 61 angeordnet. Jeder der Plastikstreifen besaß eine Breite von 4 cm und eine Stärke von 5 mm, und die Streifen waren in einem Abstand von 5 mm von den angrenzenden Kanten der Scheiben angeordnet. Der Zusammenbau wurde mittels zweier Klammerrahmen 63» 64 zusammengehalten, welche analog zu dem in Beispiel 3 mit Bezug auf Fig. 5 beschriebenen waren.

Der erhaltene Zusammenbau wurde 45 min in eine wäßrige Lösung, welche 7 Vol.% HF und 4 Vol.% H₂SO^ enthielt, bei einer Temperatur von 22 ⁰C eingetaucht.

Bei einer Abänderung dieser Methode zum Halten der zusammengebauten Scheiben wurden die Glasscheiben durch zwischengelegte Polyvinylchloridfolien bzii. -platten von geringfügig kleinerer Größe als die Glasscheiben voneinander getrennt gehalten, so daß eine Randzone am Umfang von 5 mm Breite einer jeden Scheibe für den Kontakt durch die Säurelösung freigelegt blieb.

Nach der Säurebehandlung wurden die Glasscheiben chemisch durch Eintauchen des Zusammenbaus der Scheiben in ein aus 40 % LiNO₃ und 60 % NaCl bestehendes Bad bei 590 ⁰C gehärtet, so daß Natriumionen im Glas durch Lithiumionen sub-

2 0 9 8 A 8 /f 0~9 7

stituiert wurden. Der Ionenaustausch wurde während 15 min durchgeführt.

Die Verstärkung der Kanten wurde unter Verwendung der in ]?ig. 1 beschriebenen Vorrichtung gemessen. Die Kröseifestigkeit der Kanten der Scheiben wurde mit derjenigen von Kanten hinsichtlich der Zusammensetzung und Größe identischer Scheiben, welche in derselben Weise chemisch gehärtet worden waren, deren Kanten jedoch weder abgeschliffen noch mit Säure behandelt worden waren, verglichen. Es wurde ein Schlagteil mit einer Vickers-Härte von 1000 kg/mm verwendet.

Bei einer ersten Untersuchung wurde das Schlagteil in gerader Linie mit der Stange (Winkel = 0 °) angeordnet. Der Verstärkungs koeffizient betrug 1,5.

Bei einem zweiten Test wurde der Winkel auf 20 ° eingestellt. Der Verstärkungskoeffizient war in der Größenordnung von 100.

Bei einem dritten Test betrug der Winkel 45 °. Der Verstärkungskoeffizient war 80.

Bei dem zweiten und dem dritten Teat wurden Vergleichsscheiben, die unverformte Kanten besaßen, derart angeordnet, daß das Schlagteil gegen die gebrochene Kante an der Seite der Scheibe, welche der Schnittlinie entsprach, gegenschlug.

Beispiel 7	Scheiben aus	Glas der ί	Il
Die Kanten von			Il
Setzung:	SiO₂		Il
	ITa₂O	:olge:
	GaO
	MgO	72 Gew.%
	Al₀O-,	14,2 Gew.%
		8,1
	4,5
1,2

2098487T⁵S 8~7

nit den Abmessungen 30 cm χ 25 cm χ 0,2 cn wurden durch die in Beispiel 3 beschriebene Abschleifmethode zu einer abgerundeten Form umgewandelt.

Die Scheibenkanten wurden dann auf folgende Weise feuerpoliert, Jede Scheibe wurde insgesamt auf 4-50 ⁰G vorerhitzt, danach wurden ihre Kanten einer Flamme ausgesetzt; während dieser Operation wurde jede Kante auf 660 0 erhitzt. Die Scheibe wurde dann langsam abgekühlt.

Nach diesem Vorgang wurden die Scheiben chemisch durch Besprühen mit Strahlen von KUCK bei 460 ⁰O während 25 Stunden gehärtet.

Die Verstärkung der Kanten wurde unter Verwendung der in Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung gemessen. Zwischen der Beständigkeit gegenüber Kantenbruch bzw. Kröseln der Scheibenkanten und derjenigen von Scheibenkanten identischer Zusammensetzung und Größe, welche chemisch in derselben Weise getempert worden waren, deren Kanten jedoch weder geformt noch feuerpoliert worden waren, wurde ein Vergleich durchgeführt. Hierbei wurde ein Schlagteil mit einer Vickers-Härte von

780 kg/mm verwendet.

Bei einer ersten Untersuchung wurde das Schlagteil in gerader Linie mit der Stange angeordnet. Der Verstärkungskoeffizient betrug 2.

Bei einem zweiten Test betrug der Winkel zwischen dem Schlagteil und der Stange 20 °. Der Verstärkungskoeffizient war 90.

Bei einer dritten Untersuchung betrug der Winkel 4> °. Der Verstärkungskoeffizient war 80.

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Bei den zweiten und dem dritten Test wurde jede Glasscheibe mit unverformten Kanten derart angeordnet, daß das Schlagteil ge^en die gebrochene Kante an der Seite der Scheibe, die der Schnittlinie entsprach,, gegenschlug.

Patentansprüche;

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Claims

Patent anspriiche

1. Verfahren zur'Verstärkung einer Kante eines Gegenstandes aus Glas unter Einschluß einer chemischen Härtungsbehandlung, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche und/oder das Querschnittsprofil von mindestens einem Teil einer solchen Kante dirch Abschleifen feinbearbeitet und anschließend vor und/oder nach dem chemischen Härten des Glases einer Rektifizierungsbehandlung unter Entfernung oder Verminderung der Beeinträchtigung der Oberfläche des Gegenstandes durch Fehler, die unter Zugbelastung Spannungskonzentrationen bewirken können, unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschleifen auf einer Kantenfläche des Gegenstandes über die gesamte Breite dieser Fläche durchgeführt wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschleifbehandlung unter Umwandlung einer rechtwinkeligen oder praktisch rechtwinkeligen Ecke in ein Profil durchgeführt wird, bei welchem ein eingeschlossener Winkel von größer als 90 ° zwischen einem 'feil des Profiles oder der 'lang η π e an diesem Teil und dem nächsten Teil des Profiles oder der Tangente an diesen nächsten Teil vorliegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gegenstand in Form einer Scheibe vorliegt, dadurch

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gekennzeichnet , daß die Abschleifbehandlung unter Erzeugung eines neuen Profiles an der Kante der Scheibe bewirkt wird, wobei der Winkel sswischen der links liegenden und rechts liegenden Tangente zu dem Profil an jedem Punkt des neuen Profiles und an jedem £_er äußeren Endpunkte hiervon, welche den gebrochenen Kanten entsprechen, größer als 90 ° ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine flache Kantenfläche in eine Kantenfläche mit einem gekrümmten Querschnittsprofil durch die Abschleifbehandlung umgewandelt wird. .

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein gekrümmtes Querschnittsprofil erzeugt wird, welches glatt und ohne Ecken in die angrenzenden Flächen des Gegenstandes ausläuft.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Abschleifen mindestens teilweise mittels einem oder mehrerer, flexibler Schleifbänder durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß das Abschleifen mindestens teilweise mittels einem oder mehrerer, flexibler Schleifbänder durchgeführt wird, welche Siliciumkarbidkörner aufweisen, welche durch ein Sieb Nr. I70 mit 88 Mikron, jedoch nicht durch ein Sieb Nr. 500 mit 3I Mikron hindurchtreten»

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche:, dadurch gekennzeichnet , daß das Abschleifen mindestens teilweise durch eine auf dem Umfang mit einer Eintiefung versehene Schleifscheibe durchgeführt wird.

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10. Verfahren nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Rektifizierungsbehandlung das Inkontaktbringen von mindestens einem Teil der Kante mit einem Fluorionen enthaltenden Medium umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Medium ein wäßriges, Fluorwasserstoffsäure enthaltendes Medium verwendet wird.

12. Verfahren nach .Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß ein Schwefelsäure enthaltendes Medium verwendet wird.

13· Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß ein Medium mit einem pH-Wert von niedriger als 4,0 verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium daran gehindert wird, mindestens einen Oberflächenteil des Gegenstandes zu berühren.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt des Mediums mit mindestens einem Oberflächenteil des Gegenstandes mit Hilfe von mindestens einem gegenüber einem solchen Teil oder solchen Teilen angeordneten Abschirmteil verhindert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flüssigkeitsfilm zwischen dem oder jedem Abschirmteil und dem abzuschirmenden Oberflächenteil oder den abzuschirmenden Oberflächenteilen vorhanden ist.

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17· Verfahren nach Ansüruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flüssigkeitsfilm aus Wasser verwendet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein festes Füllmaterial zwischen dem oder jedem Abschirmteil und dem/den abzuschirmenden Oberflächenteil/en vorhanden ist.

19· Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß das Medium durch einen oder mehrere andere Glasgegenstände, welche gleichzeitig einer Rektifizierungsbehandlung unterzogen werden,daran gehindert wird, mindestens einen Oberflächenteil des Gegenstandes zu berühren.

20. Gegenstand aus Glas mit einer Kante, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Teil der Kante nach dem Verfahren einer der vorhergehenden Ansprüche verstärkt worden ist.

Gegenstand, bestehend aus mindestens zwei Glasscheiben, dadurch gekennzeichnet , daß jede Scheibe Kanten aufweist", die nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19 verstärkt worden sind, und die Scheiben mittels einer zwischenliegenden Folie aus organischem Material unter Bildung eines Schichtkörpers fest miteinander verbunden sind.

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