DE2256620A1 - Verfahren zur verfestigung von glasobjekten - Google Patents

Description

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Liberty Glass Company, Sepulpa, Oklahoma/USA

Verfahren zur Verfestigung von Glasobjekten

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Glasverarbeitung und insbesondere auf ein neues Verfahren zur Verfestigung von Glaswaren wie Flaschen durch Ionenaustausch.

Der "ionenaustausch" stellt ein Verfahren zur chemischen

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Verfestigung von Glas durch Austausch von Kationen verschiedenen ionischen Durchmessers für die hauptsächlichen Alkalikationen dos Glases in einer der Oberfläche, an der dor Austausch stattfindet, benachbarten Randschicht dar. Dieses Verfahren führt zur Bildung einer druckgespannten Schicht oder Lage, die der Oberfläche, die die Kationen des Ionenaustauschmediums enthält, benachbart ist. Wenn die Kationen des Austauschmedlums grosser als die hauptsächlichsten Alkaliionen des Glases sind, wird das Verfahren häufig als "Ionenpackung" oder "Ionenfüllung" ("ion stuffing") bezeichnet, da der Druck aus der Besetzung des Raumes, der durch die kleineren Kationen _: des Glases freigemacht ist, durch/iie grösseren Kationen resultiert. Die lonenfüEung muss unter derartigen Zeit- und Temperaturbedingungen durchgeführt werden, dass die packungsinduzierte Kompressionsbeanspruchung nicht durch eine thermisch induzierte Beanspruchungsaufhebung verloren geht. Wenn die Kationen des Austauschmediums kleiner als die hauptsächlichen Alkaliionen des Glases sind, so wird eine Austauschschicht erzeugt, die einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Hauptkörper des Glases besitzt. Bei Abkühlung versetzt die relativ grössere Kontraktion des Hauptkörpers des Glases die ionengepackte Schicht unter Druck. Dieser Austausch von kleineren durch grössere Ionen wird bei Temperaturen oberhalb der Kühltemperatur von Glas durchgeführt. Bei jeglichem Austauschtypus verleiht die druckbeanspruchte Schicht dem Glasartikel als Ganzes eine wesentlich erhöhte Festigkeit. Typischer Weise werden Flaschen oder andere Waren, die aus Soda/Kalkglas aufgebaut sind, durch einen Austausch mit einem Ionenaustauschmedium gefestigt, das ein Kalium- oder Lithiumsalz enthält. Andere Austauschmedien können Rubidium, Cesium, Silber oder Kupfer als Austauschionen enthalten.

Die Verfestigung durch Ionenfüllung bietet dem Hersteller von Flaschen für kohlensäurehaltige Getränke besonders vor-

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teilhafte Möglichkeiten. Derartige Flaschen werden routinemässig einem inneren Druck JmBaeidivon etwa 3.52 atü (50 psig) ausgesetzt. Beim Bruch einer derartigen Flasche können die resultierenden Fragmente mit hoher Geschwindigkeit durch das in Freiheit gesetzte Kohlendioxid weggeschleudert werden. Gelegentlich explodieren Getränkeflaschen allein infolge des inneren Druckes. Die Verfestigung von Flaschen durch Ionenfüllung reduziert das Auftreten von Brüchen derartiger Fla- ' sehen durch entweder Überdruck oder Erschütterung und trägt wesentlich zur Sicherheit derjenigen bei, die diese Flaschen gebrauchen oder handhaben. Einen zusätzlichen Vorteil der Verfestigung von Getränkeflaschen stellt die Fähigkeit zur Reduktion des Behältergewichtes, verbunden mit einer Kostenminderung dar.

Vor der vorliegenden Erfindung sahen die meisten der bekannten Verfahren des Ionenaustausehes das Eintauchen des Glasartikels in ein geschmolzenes Bad vor, das das als Austauschmedium verwendete Salz enthielt. Die Schwierigkeiten, die sich durch Ausführung einer geschmolzenen Salzbadeintauchoperation bei der Produktion einer hochvolumigen, billigen Ware, wie Glasflaschen ergeben, sind offensichtlich. Sin Eintauchvorgang in ein geschmolzenes Salz stellt eine weitere grössere Verfahrensstufe bei dem Flaschenherstellungsverfahren dar, welche relativ aufwendige Einrichtungen erfordert, die eine erhebliche Kapitalinvestition darstellen. Auch die Kosten der Aufrechterhaltung derartiger Anlagen können erheblich sein und die Totzeitschwierigkeiten können weiter zu den ökonomischen Lasten des geschmolzenen Eintauchsystems beitragen. Bei einem derartigen System wird die Tot- oder Abschaltzeit nicht nur durch das Auftreten eines Anlagenausfalls, der mit dem Hochtemperaturbetrieb zusammenhängt, sondern auch durch'die Notwendigkeit, das ge-

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schmolzene Salzbad zu ersetzen bedingt, da dieses durch die Ionen, die aus den Glaswaren in dem Austauschverfahren auswandern, verunreinigt wird. Reinigungsverfahren eines verunreinigten Bades sind bekannt, aber die Verwirklichung derartiger Verfahren trägt zu den Gesamtkosten des Betriebs zusätzlich bei.

Da der Ionenaustausch bei herkömmlichem Soda/Kalkglas nicht unter allen Bedingungen befriedigend erfolgt, wurde ein grosser Teil der früheren Arbeiten auf diesem Gebiet auf die chemische Modifizierung des Soda/Kalkglasansatzes gerichtet, die, wie gesagt wird, die Ionenwanderung erleichtern. Gewisse Bestandteile, deren Zusatz zu dem Glas vorgeschlagen worden ist, erhöhen die Schmelztemperatur des Glases und die Schwierigkeit des Verformens erheblich und erhöhen auch die Rohmaterialkosten.

Deshalb bestand auf diesem Gebiet ein Bedürfnis für ein Verfahren zur Festigung von Glaswaren, insbesondere Flaschen, durch Ionenaustausch, ohne die Notwendigkeit, entweder diese Waren in ein Salzbad einzutauchen^ oder die Zusammensetzung des Materials, aus dem die Flaschen zusammengesetzt sind, zu ändern. Insbesondere bestand ein Bedürfnis, nach einem Verfahren, das keine aufwendigen Anlagen erfordert und das bequem in den herkömmlichen Flaschenverarbeitungsbetrieb integriert werden kann.

Unter den verschiedenen Aufgaben, die sich die vorliegende Erfindung gestellt hat, können die nachstehenden genannt werden: Die Bereitstellung eines Verfahrens zur Festigung von Glaswaren, die mit hoher Geschwindigkeit und in grossem Masstab erzeugt werden; die Bereitstellung eines derartigen Verfahrens zur Festigung von Glaswaren, wie z.B. Glasflaschen mit dreidimensionalen Oberflächen; die Bereit-

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stellung eines derartigen Verfahrens, das bequem in den herkömmlichen Flaschenverarbeitungsbetrieb integriert werden kann; die Bereitstellung eines derartigen Verfahrens, welches relativ geringe Kapitalinvestition und Betriebskosten erfordert; die Bereitstellung eines derartigen Verfahrens, das keine erhebliche Potentialerhaltung und/oder Totzeit beinhaltet; die Bereitstellung eines derartigen Verfahrens, das herkömmliche, nicht modifizierte Soda/Kalkgläser wirksam festigt. Andere Aufgaben und Merkmale werden nachstehend teilweise offenbar und teilweise erläutert.

In einem ihrer Aspekte ist deshalb die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung eines verfestigten, geglühten Glasobjekts gerichtet. Gemäss dem Verfahren wird die Oberfläche eines Glasobjektes mit einem ionischen Teilchenmaterial elektrostatisch überzogen, das Kationen enthält, deren ionische Durchmesser von den ionischen Durchmessern der Kationen des Glases unterschiedlich sind, aus dem das Objekt besteht. Das beschichtete Glasobjekt wird auf eine, höher als der Spannungspunkt des Glases liegende Temperatur gebracht, wodurch bewirkt wird, dass die Kationen des ionischen Materials durch die Kationen des Glases des Objektes in einer Randschicht des Objektes ausgetauscht werden, die der Oberfläche benachbart ist, während gleichzeitig die Beanspruchungen in dem Objekt in einem Bereich ausser der Randschicht verringert werden. Das Glasobjekt wird anschliessend abgekühlt, wodurch ein Objekt hoher Festigkeit mit einer unter Kompressionsbeanspruchung befindlichen Randschicht erzeugt wird.

Die Erfindung ist welter auf ein Verfahren zur Beschichtung eines Glasobjektes gerichtet, das bei dem vorstehend angeführten Verfestigungsverfahren besonders nützlich ist. Gemäss diesem Verfahren geht man derart vor, dass man das Ob-

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jekt in elektrisch leitende Verbindung mit einer Elektronenquelle oder einem Elektronenabfluss bringt, das Objekt unter derartigen Bedingungen, dass das Glas einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als etwa 10 Ohm-om besitzt in ein elektrostatisches Feld einführt, das durch eine, von dem Objekt entfernte Elektrode erzeugt wird, wobei die Elektrode ein gegenüber dem Glasobjekt unterschiedliches elektrisches Potential, das zur Erzeugung einer Korona um die Elektrode ausreichend ist, aufweist, und ein teilchenförmiges ionisches Material in das elektrostatische Feld in die Nähe der Korona derart führt, dass das ionische Material eine Ladung, deren Polarität die gleiche wie die der Elektrode ist, erhält und auf eine Oberfläche des Glasobjektes unter dem Einfluss des elektrischen Feldes, das durch die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Objekt erzeugt ist, angezogen und abgeschieden wird.

Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung für die Verwendung zur Beschichtung eines Objektes mit teilchenförmigem Material gerichtet, die eine elektrisch leitfähige Vorrichtung zum Transport des Objektes, eine Vorrichtung für die elektrische Verbindung der Transportvorrichtung mit einer Elektronenquelle oder einem Elektronenabfluss, eine der Transportvorrichtung benachbarte und hiervon elektrisch isolierte Elektrode, wobei die Elektrode fähig ist, auf das Objekt, das durch die Transportvorrichtung transportiert wird, ein elektrostatisches Feld auszuüben, eine Kraftquelle, um das Potential der Elektrode auf ein Potential zu bringen, das gegenüber dem Potential der Umgebung durch eine ausreichende Menge verschoben ist, um eine Korona um die Elektrode zu erzeugen

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und Einspeisungsvorrxohtungen, um das teilchenförmige Material· in das elektrostatische Feld derart einzubringen, dass die Teilchen des Materials eine Lädung gleicher Polarität wie die der Elektrode erhalten und hierdurch von einer Oberfläche des Objektes angezogen und hierauf abgeschieden werden, wobei die Ladung der Teilchen durch die Vorrichtung, die die Transportvorrich*- tung mit der Elektronenquelle oder dem Elektronenabfluss verbindet, abgezogen wird, enthält.

Durch die Erfindung wird auch ein Material, das für die Verfestigung von Glasobjekten verwendbar ist, in Betracht gezogen, das ein ionisches Material, das unter Kaliumnitrat, zweibasigem Kaliumphosphat, einbasischem Kaliumphosphat, Trikaliumphosphat, Kaliumcarbonat, Kaliumpyrosulfat, Lithiumnitrat, zweibasischem Lithiumphosphat, Rubidiumnitrat, zweibasischem Rubidiumphosphat, Cäsiumnitrat, zweibasischem Cäsiumphosphat, Natriumnitrat, zweibasischem Natriumphosphat,Kupiernitrat oder Silbernitrat ausgewählt ist und zwischen 1 und IC Teilen pro lOOTeils ionischen Materials eines Zusatzstoffes, der unter submikroskopischem Siliciumdioxid, Feldspat, Diatomeenerde, Boroxid oder Russ ausgewählt ist, enthält.

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Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 stellt einen Seitenaufriss der elektrostatischen Beschichtungsvorrichtung gemäss der Erfindung dar, der ihr Gehäuse, Einlassdüse und Auslassdüse zeigt.

Fig. 2 stellt einen Seitenaufriss der Vorrichtung im Längsschnitt dar, der die arbeitenden Elemente der Vorrichtung zeigt.

Fig. 3 stellt einen horizontalen Schnitt entlang der Linie 2—3 der Fig. 1 dar.

Fig. 4 stellt einen Vorderaufriss der Vorrichtung im transversalen Schnitt dar, der gewisse arbeitende Teile zeigt.

Fig. 5 stellt eine schematische Darstellung eines Systems zur Einbringung des ionischen Materials in die, in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Vorrichtung dar.

Fig. 6 stellt einen vergrösserten horizontalen Schnitt entlang der Linie 6—6 der Fig. 4 dar.

Fig. 7 stellt einen vertikalen Schnitt entlang der Linie 7—7 der Fig. 6 dar.

Entsprechende Bezugsziffern bezeichnen entsprechende Teile in allen Ansichten der Zeichnungen.

Gemäss der vorliegenden Erfindung werden Olaswaren, wie Glasgetränkeflaschen mit einem teilchenförmigen Ionenaus t aus chma-

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terial vor dem Glühen beschichtet. Die Glasobjekte werden anschliessend in den Glühofen oder Kühlofen eingeführt, in dem das Ausglühen unter. Ionenaustausch gleichzeitig stattfinden. Hierdurch wird das Eintauchen der Glasobjekte mit den hierfür erforderlichen Gerätschaften, Betriebsschwierigkeiten und Aufrechterhaltungskosten vermieden. Bei der Herstellung von Getränkeflaschen beispielsweise, werden die neu erzeugten Flaschen, die die Formmaschine verlassen, an einem Punkt in der stromaufwärtsgerichteten Linie des Kühlofens beschichtet und kontinuierlich, durch den Kühlofen geführt, während sie gleichzeitig ausgeglüht und verfestigt werden. Der doppelte Nutzen, der durch den Kühlofen erreicht wird, vereinfacht sowohl den Betrieb und minimiert das benötigte Kapital um die Verfestigung der Glasgetränkeflaschen durch Ionenfüllung vorzusehen.

Da der Zweck des Glühens darin besteht, Spannungen in dem Hauptkörper des Glasobjektes zu eleminieren, während der Zweck des Ionenfüllens oder Ionenpackens darin besteht, in einer der Oberfläche des Objektes benachbarten Randschicht Druckbeanspruchungen zu schaffen, konnte nicht erwartet werden, dass diese beiden Verfahren gleichzeitig mteridentischen Verarbeitungsbedingungen erfolgreich ausgeführt werden konnten, insbesondere,wenn die "füllenden" Ionen einen grösseren Durchmesser als die hauptsächlichen Kationen des Glases aufweisen. Obwohl relativ massig erhöhte Temperaturen zur Förderung des Fortschritts des Ionenaustauschs erforderlich sind, werden normalerweise wesentlich höhere Temperaturen beim Glühen verwendet. Bei den zum Glühen des Hauptkörpers des Glasobjektes erforderlichen Temperaturen neigen die Kompressionsbeanspruchungen in der ionengepackten Schicht des Objektes dazu, kurz nach ihrer Bildung entspannt zu werden. Es wurde jedoch gefunden, dass durch sorgfältige Regelung der Temperatur gegenüber der Zeit in dem Glüh- bzw. Kühlofen ein Glas-

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objekt, wie eine Getränkeflasche geglüht werden kann, während ein hohes Spannungsausmass in der ionengepackten Schicht aufrechterhalten wird, wodurch dem Objekt eine wesentlich verbesserte Festigkeit verliehen wird.

Im allgemeinen findet die gleichzeitige Vergütung und die Ionenfüllung bei einer Spitzentemperatur zwischen etwa dem Spannungspunkt des Glases und etwa 55.5°C (100⁰P) oberhalb der Kühltemperatur statt. Bei . höherei Spitzentemperaturen, wird die Ware der Spitzentemperatur für eine viel kürzere Zeitdauer als bei niedrigen Spitzentemperaturen in der Nähe des Spannungspunktes ausgesetzt. Die Kühl- . geschwindigkeit kann jedoch die gleiche sein. Das Objekt sollte mit einer Geschwindigkeit von zumindest 5.5 bis 7.2°C (10-13°F)/Minute, wobei etwa 13.9°C (25°P)/Minute bevorzugt sind,/fem^äfe^w£δ8?geschwindigkeit unter 5.5°C (10°P)/Minute fällt, werden die Kompressionsspannungen in der ionengepackten Schicht weitgehend verloren, sofern die Packung mit grösseren Kationen als den hauptsächlichen Kationen des Glases durchgeführt worden ist.

Um ein veranschaulichendes Beispiel zu geben, kann ein Glasartikel, der aus einem Glas der Zusammensetzung

Bestandteil Gewichtsprozent

72.9 2.1 10.5 1.0

13.1 0.1 0.1

SiO2	3
Al2O
CaO
K2O
Na2O
F2	3
Pe2O

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zusammengesetzt ist, gleichzeitig dadurch verfestigt und abgekühlt.werden, dass man ihn bei 56o°C (lo4o°F) (5.5°C oberhalb der Kühltemperatur) während annähernd einer Minute hält, wonach mit einer ungefähren linearen Kühlgeschwindigkeit von 13.9°C (25°P)/Minute bis auf etwa 427°C (8OO°F) herab abkühlt. Alternativ kann die Ware auf 543°C (101O⁰F) während etwa zwei Minuten oder bei 529.5°C, (985⁰P) (Ij5-9°C /"25°P_7 oberhalb dem Spannungspunkt) während 10 bis I5 Minuten gehalten werden, wonach eine Abkühlung mit ähnlicher Kühlgeschwindigkeit auf 427⁰C (800⁰F) erfolgt. Unterhalb 427°C (800°P) kann die Kühlung mit Geschwindigkeiten erfolgen, die der herkömmlichen Kühlpraxis entsprechen.

Nach der Beendigung der Ionenpackung und Kühlung resultier en die verfestigten Glasobjekte aus dem Kühlofen, die eine Beschichtung tragen, die ein Gemisch von überschüssigem Ionenaustauschmedium und einem Salz der Anionen des Austauschmediums mit Kationen darstellt, die aus dem Glas ausgewandert sind. Diese Beschichtung wird bequem durch einfaches Bespritzen des Objektes mit Wasser entfernt.

Objekte, die durch eine Vielzahl von Alkalimetallglaszusammensetzungen gebildet sind, können wirksam durch das erfindungsgemässe Verfahren verfestigt werden. Es sind keine speziellen Veränderungen der Glaszusammensetzung erforderlich, wobei das Verfahren zur Verfestigung von Waren wirksam ist, die aus einem herkömmlichen Glas folgender Bestandteile gebildet sind;

Gewi chtsprozent

SiO₂ 68 bis 74.5

Al₂O-, Spur bis .4.5 CaO 5 bis 13.5

Na₂O 12 bis 16

309821/0881 ^{Spur bis 5}'°

- 12

KpO Spur bis 4.0

BaO Spur bis 1

Fe₂O, Spur bis 1.5

P₂ Spur bis 0.2

Bei Verwendung eines Ionenaustauschmediums, das ein ionisches Material darstellt, welches ein Kation, dessen Valenz die gleiche, ab-er dessen Ionenradius unterschiedlich gegenüber dem Ionenradius der hauptsächlichen Alkalibestandteile des Glases ist, wird der Schicht eine Druckspannung verliehen, welche die packenden Ionen, die von dem Ionenaustauschmedium abgeleitet sind, durchdringen, in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird herkömmliches Soda/Kalkglas durch Einführung der grösseren Kaliumionen im Austausch für Natriumionen des Glases gefestigt. Wenn Kaliumglas gefestigt werden soll, können als Packungsagentien die grösseren Alkalimetallionen von Rubidium oder Cäsium verwendet werden. Andere einwertige Kationen, wie Kupfer- oder Silberionen, können für die Packung verwendet werden. Wird das alternative Verfahren zur Erzeugung einer Oberflächenschicht mit niedrigerem Ausdehnungskoeffizienten angewandt, so kann Lithium für Natrium in einem Soda/Kalkglas oder Natrium für Kalium in einem Potasche/Kalkglas ausgetauscht werden.

Das ionische Material, welches das Austauschmedium darstellt, kann in bequemer Weise ein Salz des Metalls darstellen, dessen Ionen das Packungsagens bilden. Eine grosse Anzahl derartiger Salze können in dem Verfahren gemäss der Erfindung

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Verwendung finden. Das Salz kann bei der Austauschtemperatur entweder geschmolzen oder fest vorliegen. Jedoch wird die Gleichförmigkeit der Packung erleichtert, wenn das Salz bei den in dem Austauschabkühlungsofen vorliegenden Temperaturen geschmolzen ist. Wenn Soda/Kalkglas mit Kaliumionen gepackt werden soll, stellt das Ionenaustauschmedium vorzugsweise Kaliumnitrat oder Kaliumphosphat dar. Die entsprechenden Salze von Rubidium, Cäsium> Lithium, Natrium, Silber und Kupfer sind bevorzugt, wenn Ionen dieser Metalle als Packungsagens verwendet werden. Technisches Kaliumnitrat stellt ein besonders gut verwendbares und wirtschaftliches Ionenaustauschmedium dar.

Obwohl Verfahren zur Aufbringung des Ionenaustauschmediums auf die Oberfläche des Glasobjektes in Form einer Lösung oder eines geschmolzenen flüssigen Sprajß bekannt sind, wurde es als besonders vorteilhaft ermittelt, das ionische Material im festen Zustand, z.B. in Form eines Pulvers, anzuwenden. Die TeilchengrÖsse.des Pulvers kann sich im allgemeinen von 1 bis 50 Mikron bewegen und liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 5 bis etwa 10 Mikron. Um einem gepulverten Ionenaustauschmedium einen freien Fliesscharakter zu verleihen, wird hierin ein kleiner Anteil von submikroskopischem Siliziumdioxid eingemischt. Typische Mengenverhältnisse sind etwa 1 bis etwa 10 Teile Siliziumdioxid pro 100 Teile Ionenaustauschmedium. Man nimmt an, dass die Gegenwart von Siliziumdioxid in dem Ionenaustauschmedium weitere bedeutende Vorteile in dem Festigungsverfahren ergibt. Infolge seiner saueren Natur neigt es dazu, die durch Zersetzung des Ionenaustauschmaterials, bei den in der Glüh- bzw. Kühl- und Packungszone vorliegenden Temperaturen gebildeten Alkalimetalloxide zu neutralisieren, wodurch die Verätzung vermieden wird, welche die hochkaustischen Al-

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kallmetalloxlde sonst in dem Glas erzeugen könnten. Darüberhinaus glaubt man, dass Siliziumdioxid als ein Adsorbens für Kalcium und Magnesium dient. Kalcium, das entweder aus dem Glas oder als Verunreinigung in technischem Kaliumnitrat vorliegt, stellt, wie man glaubt, einen Inhibitor dar, dessen Gegenwart das Ionenaustauschverfahren behindern kann. Auch Magnesiumverunreinigungen in dem technischen Kaliumnitrat können das Ionenaustauschverfahren beeinflussen. Die Einbringung von Siliziumdioxid in das lonenaustauschmedium scheint zu verhindern, dass Kalcium oder Magnesium ihren Einfluss ausüben und erlaubt hierdurch, dass das Ionenaustauschverfahren selbst in Gegenwart dieser Materialien in befriedigender Weise fortschreitet.

Obwohl der Einfluss eines Zusatzstoffes wie Siliziumdioxid aus den vorstehend angeführten Gründen vorteilhaft ist, ist die Gegenwart eines derartigen Zusatzstoffes nicht wesentlich. Eine der wichtigsten Eigenschaften des erfindungsgemässen Verfahrens stellt die Fähigkeit zur Verwendung gereinigten technischen Kaliumnitrats als lonenaustauschmaterial dar. Die erfolgreiche Festigung mit technischem Kaliumnitrat wird, unter gewissen Umständen, durch die Gegenwart eines der vorstehend erwähnten Zusatzstoffe begünstigt, ist aber jedoch hiervon unabhängig. Die Teilchengrösse des Siliziumdioxids sollte submikroskopisch sein, so dass die Teilchen des Ionenaustauschmediums hiermit überzogen werden können. In typischer Weise wirksames Siliziumdioxid weist einen Teilchengrössenbereich von etwa JO bis etwa 50 Millimikron auf. Obwohl es weniger bevorzugt ist, können gewisse andere submikroskopische Materialien wie beispielsweise Feldspat, Diatomeen - Erde oder Russ für Siliziumdioxid substituiert werden. Jedes dieser Materialien fördert die Fliessbarkeit des Ionenaustauschmaterials und dient, wie man glaubt, als Adsorbenz für sol-

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Kalcium, welches in dem Ionenaustauschmedium vorliegt. Weder Russ noch Feldspat können jedoch die dritte, möglicherweise xtfichtige Funktion des Lithiumdioxids, d.h. Neutralisation der Alkalimetalloxide, wahrnehmen. Wenn ein Schutz des Glases gegen jegliche mögliche Verätzung oder Vernarbung wesentlich ist, wird deshalb die Verwendung eines sauren Materials wie Siliziumdioxid, Boroxid oder Diatomeenerde bevorzugt.

Gemäss der Erfindung wird ein Überzug aus ionischen Materialien, die das Ionenaustauschmedium bilden, durch elektrostatische Vorrichtungen auf die Oberfläche des zu festigenden Objektes aufgebracht. Die Zeichnungen veranschaulichen eine Vorrichtung, die insbesondere bei der Anwendung des Ionenaustauschmediums auf eine dreidimensionale Oberfläche, wie der Oberfläche einer Glasgetränkeflasche wirksam ist. Bei Verwendung in Verbindung mit gleichzeitigem Glühen bzw. Kühlen und dem Ionenpackungsverfahren wird diese Vorrichtung an einem Punkt zwischen der Formmaschine und dem Glüh- bzw. Kühlofen angeordnet. Alternativ kann die Vorrichtung und das Beschichtungsverfahren gemäss der Erfindung in einem herkömmlichen Zweistufenverfahren verwendet werden, infäem die Glasware im Anschluss an das Abkühlen "ionengepackt wird. Bei dieser An- . Wendung wird die Vorrichtung zweckmässig zwischen dem Kühlofen und einem zweiten Kühlofen oder Ofen, in dem die Flasche typischerweise auf eine Temperatur unterhalb des Spannungspunktes jedoch hoch genug, um den Ionenaustauschmechanismus zu fördern, z.B. 316 bis 482°C (6OO-9OO°F) erhitzt wird, angeordnet. In keinem der Fälle stellt der BeschichtungsVorgang eine Unterbrechung der Reise der Flaschen zwischen der Formmaschine und dem Kühlofen dar. Darüberhihaus kann diese Vorrichtung mit minimaler Unterbrechung des Herstellungsbetriebes installiert werden.

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In den Zeichnungen ist gezeigt, dass die Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Beschichtung der Flaschen mit dem teilchenförmigen Material ein Gehäuse oder Tunnel 1 mit einer Eintrittsöffnung 3 für Flaschen B an einem Ende (gezeigt an seinem linken Ende) und eine Austrittsöffnung 5 für die Flaschen an seinem anderen Ende, einen endlosen Bandförderer 7# der fähig ist, Flaschen B (von denen eine in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist) zu transportieren, die auf seinem oberen Bereich durch den Tunnel von seinem Eingangs- zu seinem Ausgangsende stehen umfasst. Der Bandförderer 7 enthält ein elektrisch leitendes Band 9» das um Walzen 11 und 13 an seinen Eingangs- und Ausgangsenden herumgezogen gezeigt ist. FUhrungswalzen 15 unterstützen den obereb Bereich des Bandes 9· Der Tunnel 1 ist über dem oberen Bereich des Bandes angeordnet. Die Walze 11 am Eingangsende des Förderers ist rückwärts (stromaufwärts) vom Eingangsende des Tunnels angeordnet und die Walze 13 am Ausgangsende des Förderers ist vorwärts (stromabwärts) vom Ausgangsende des Tunnels angeordnet. Jede durch den Beschichtungstunnel 1 wandernde Flasche B auf dem oberen Bereich des Bandes geht durch eine erste Beschichtungsstelle Sl, die dem Eintrittsende des Tunnels benachbart ist und anschliessend eine zweite Beschichtungsstelle S2 die dem Austrittsende des Tunnels benachbart ist, hindurch.

Das Band 9 stellt vorzugsweise ein Metallband dar, das beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt ist, und kann ein festes Band, ein expandiertes Metallband oder ein Maschenband (letzteres ist in Fig. 3 veranschaulicht) darstellen. Es wird,wie bei 17 angegeben ist, geerdet.

Wie gezeigt ist, weist der Tunnel 1 gegenüberliegende vertikale Seitenwände 19 und 21 und eine Deckenwand 23

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auf. Die Einführung der Beschichtung in Pulverform (Teilchen ) bei Stelle Sl ist mittels eines in der Draufsicht relativ schmalen ausgeweiteten Einlassrohrs 25 auf dem Susseren der Wand 19, desses inneres (grösseres) Ende mit dem Inneren des Tunnels mittels eines vertikalen Schlitzes 27 in der Wand in Verbindung steht und der Austritt des übeschüssigen Pulvers bei Stelle Sl mittels einer relativ grossen Pulverausgangsöffnung 29 in Wand 21 gegenüber Schlitz 27 in Verbindung mit einem Abgasabzug 31 auf dem Äusseren der Wand 21 vorgesehen.

In dem Tunnel 1 sind Elektroden 33 benachbart dem Band 9 auf gegenüberliegenden Seiten des Pulvereinlasschlitzes 27 in Wand 19 vorgesehen, und ähnlicheElektroden 35 sind in dem Tunnel zentral bezüglich der Pulverauslassöffnung in Wand 21 angebracht. Um eine Korona zu erzeugen, stellt jede dieser Elektroden vorzugsweise eine lineare drahtförmige Elektrode relativ kleinen Querschnitts, z.B. einen rostfreien Stahldraht geiinger Dicke, dar. Jede Elektrode ist mit ihrem unteren Ende an einem Isolator 37 an einer vertikalen Stange 39 befestigt, die an dem Inneren der entsprechenden Wand des Tunnels angebracht ist und mit ihrem oberen Ende an dem inneren Ende eines Hebels 4l der bei 43 in einer öffnung 45 in der Stange drehbar eingesetzt bzw. gelagert ist, befestigt und besitzt ein Gewicht W an ihrem äusseren, ausserhalb des Tunnels zur Spannungsänlegung an die Elektrode befindlichen Ende. Die Hebel 41 enthalten Isolatoren 47, die innerhalb des Tunnels 1 zur elektrischen Isolation der Elektroden 33 und 35 von dem Tunnel und der anderen Umgebung angeordnet sind.

Die Beschichtungsstelle S2 ist mit der Beschichtungsstelle Sl mit der Ausnahme identisch, dass dieOrientierung der Elemente der Station S2 bezüglich des Bandes 9 entgegengesetzt zu dar Orientierung der entsprechenden Elemente der Stelle Sl ist. Somit ist, wo derEinlasschlitz 27 der Stelle Sl

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auf der linken Seite des Bandes 9 bezüglich der Bandförderrichtung gezeigt ist, der Einlasschlitz 2¹JA der Stelle S2 auf der rechten Seite des Bandes gezeigt. In ähnlicher Weise sind die Auslassöffnungen 29A, die Elektroden 33A und 35A, das Einlassrohr 25A und der Auslassabzug 31A an der Stelle S2 jeweils auf der Seite des Bandes 9 gegenüber der Seite, auf der die Gegenstückelemente 29* 33, 35, 25 und 31 angeordnet sind, angebracht. Die Elektroden 33A und 35A werden durch vertikale Stangen 39A unterstützt und in der gleichen Weise wie die Elektroden 33 und 35 befest igt. Jede der Elektroden 33, 35, 33A und 35A stehen mit einer Hochspannungsenergiequelle 49 über die/verbinaungs- ^{e s} stelle 53 in elektrischer Verbindung. Die Spannungsleistung der Hochspannungsenergiequelie 4ί reicht aus um die Bildung von Koronae um die Elektroden 33, 35, 33A und 35A zu bewirken. Damit die Koronae bei einem vernitiitlgen Potential erzeugt werden können, stellen die Elektroden vorzugsweise drahtförmige Elektroden mit einem relativ geringen Querschnittsbereich dar. Diese Elektroden werden in optimaler Weise durch Draht geringer Dicke, wie z.B. rostfreiem Stahldraht, gebildet. Der Draht weist normalerweise einen Durchmesser innerhalb des Bereiches von zwischen etwa 10.16 χ und etwa 25.4 χ 10 cm (4 und 10 mils), vorzugsweise etwa 20.32 χ 10"⁵ bis etwa 25.4θ χ 10"⁵ cm (8 bis 10 mils) auf. Die Anwendung eines Potentials von etwa 10 bis etwa 20 kV reicht zur Bildung einer Korona, in der Luft um eine Elektrode einer derartigen Querschnittsdimension aus. Es ist normalerweise bevorzugt, dass die Elektroden linear und in vertikaler Orientierung, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, angeordnet sind, da sie in dieser Orientierung zu der grössten Dimension der zu überziehenden Flasche oder des Objektes parallel sind. Um eine maximale BeSchichtungswirksamkeit zu erreichen, befindet sich der Eingabepunkt des gepulverten Ionenaustauschmaterials in naher Nachbarschaft

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zu den Koronae, die die Pulvereiriksseitenelektroden 33 und 33A an den Stellen Sl und S2 umgeben, wobei die Elektroden wiederum nahe der Oberfläche der Flasche aigeordn et sind, wenn diese vorbeigeführt wird. Es ist unerwünscht, die Einlasseitenelektroden direkt in den Weg der Pulverströmung anzuordnen, da dieses zu einer Pulveraufhäufung auf den Elektroden führt. Um optimale Ergebnisse beim Überzug von Getränkeflaschen zu erreichen, sind die Schlitze 27 und 27A vorzugsweise eng und länglich ausgebildet und werden die Elektroden 33 und 33A in der Grössenordnung von 5.08 cm (2 inch ) entfernt angeordnet, wobei eine von jedem Elektrodenpaar auf der Stromaufwärtsseite und die andere Elektrode auf der Stromabwärtsseite des entsprechenden Schlitzes relativ zu der Bewegungsrichtung des Bandes 9 angeordnet ist. Eine Tangente der Flasche in Richtung ihrer Bewegung auf der der Öffnung 27 -nächstliegenden Seite sollte in der Grössenordnung von 2.5^ cm (1 inch) von der gemeinsamen Ebene der Elektroden 33 und 33A entfernt sein. In ähnlicher Weise sollte die Tangente entlang der gegenüberliegenden Seite der Flasche in der Grössenordnung von 2.5²I- cm (1 inch) von der gemeinsamen Ebene der Elektroden 35 oder 35A entfernt sein. Da durch die Einlassschlitze 27 oder 27A eingeführtes gepulvertes Ionenaustauschmaterial zur Diffusion beim' Vorbeitritt an der Flasche neigt, ist die Entfernung zwischen den- Elektrodenpaaren 35 oder 35A vorzugsweise etwas grosser als die Entfernung zwischen den Elektroden 33 und 33A. Typischer-weise sind die Elektroden 35 oder 35A annähernd 7.62 bis IO.I6 cm (3-4 inch) von jeder Seite der entsprechenden Pulveraustrittsöffnungen 29 oder 29A entfernt, von denen jeder wesentlich breiter als die entsprechenden Einlasschlitze 27 und 27A ist . Die unteren Enden der Elektroden 33* 33A, 35 und 35A sind in ausreichendem Abstand von Band 9 zur Verhinderung

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eines elektrischen Durchschlags angeordnet. Bei 15 bis 16 kV ist eine Entfernung von etwa 1.27 cm (1/2 inch) normalerweise ausreichend. Ein näherer Abstand kann bei Einbringung von Isolationsmaterial zwischen die Elektroden und das Band erlaubt werden.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird ionisches Material der Stelle Sl mittels eines äusseren Pulverversorgungssystems durch den Einlasschlitz 27 zugeführt. Normalerweise wird das Pulver luftgefördert und tritt in Form einer Pulverwolke, die in dem Gehäuse oder Tunnel 1 enthalten ist, ein. Ein ausreichendes Potential wird mittels der Hochspannungsenergiequelle 49 zur Erzeugung von Koronae um die Elektroden 33 angelegt, wodurch ein elektrostatisches Feld in der den Elektroden bei Stelle Sl benachbarten Zone erzeugt wird, durch welche die Flaschen auf dem Band 7 bewegt werden. Bei Eintritt der Pulverwolke des teilchenförmigen ionischen Materials durch den Einlass 27 bei Stelle Sl tritt dieses zwischen den Elektroden 33 in nahe Nachbarschaft zu den dort befindlichen Koronae. Unter dem Einfluss des elektrischen Feldes, das durch die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden und der Flasche erzeugt ist, erhält das ionische Material bei diesem Vorgehen eine Ladung gleicher Polarität wie jene der Elektroden 33 und wird folglich auf die Oberfläche jeder Flasche, die durch das Band 9 getragen wird, angezogen und hierauf abgeschieden. Von der Stelle Sl werden die Flaschen B zu der Stelle S2 bewegt, wo

identische BeSchichtungsvorgänge mit der Ausnahme stattfinden, dass das Pulver in die Stelle S2 auf der Seite des Bandes eingeführt wird, die jener gegenüberliegt, von der das Pulver bei der Stelle Sl eingeführt wird. Die beschichteten Flaschen bewegen sich sodann aus der Beschißhtungsstelle S2 und aus dem Tunnel 1 heraus und in den Kühlofen

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hinein, wo gleichzeitige Kühlung und Ionenpackung erfolgt.

Da die Wirksamkeit der Beschichtung eine Punktion der Stärke des angewendeten elektrostatischen Feldes aarstellt, wird den Elektroden das maximale Potential, das noch keinen elektrischen Zusammenbruch oder Bogenüberschlag ergibt, aufgegeben. Wie vorstehend angeführt, bewegt sich dieses Potential typischerweise in dem Bereich von 10 bis 20 kV, wobei eine Spannung von etwa 14 bis 16 kV für die Beschichtung der Flaschen besonders geeignet ist. Die Polarität der Elektroden kann entweder positiv oder negativ sein, ist jedoch bevorzugt positiv.

Um einen befriedigenden Fortgang des Beschiohtungsverfahrens zu erreichen, ist es erforderlich, ' die der Flasche durch die Abscheidung der Teilchen des Ionenaustauschmaterials unverzüglich aufgegebene Ladung zu entfernen. Sofern diese Ladung nicht entfernt wird, verhindert die Flasche die Abscheidung weiteren ionischen Materials und die Menge des auf der Oberfläche abgeschiedenen Ionenaustauschmediums ist für den nachfolgenden Ionenaustauschvorgang begrenzt. Unter Bedingungen, bei denen das Glas, aus dem die Flaschen bestehen, einen wirksamen Widerstand von nicht mehr als etwa 10 Ohm-cm aufweist, wird die der Flasche durch Abscheidung von Teilchen verliehene Ladung durch das geerdete Band 9 mit einer ausreichenden Geschwindigkeit abgezogen, um eine Beeinflussung des Fortgangs des Abscheidungsverfahrens zu vermeiden. Damit das Glas den angegebenen Widerstand erreicht, ist es im allgemeinen erforderlich, dass die Temperatur der Flasche annähern 177°C (350⁰F) oder mehr beträgt. Alternativ kann die Glasoberfläche zuvor mit einer kleinen Menge eines leitfähigen Materials beschichtet worden sein, durch welches die Ladung abgezogen und womit ein "wirksamer" 10 Ohm^cm oder geringerer Widerstand dem Glas bei Raum-

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temperatur oder sogar darunter verliehen wird. Wenn der erforderliche wirksame Widerstand überwiegt, wird die Ladung zur Erde abgeleitet, wobei die Erde als Elektronenquelle, wenn eine positive Ladung abgezogen wird oder als Elektronenabfluss, wenn eine negative Ladung entfernt wird, dient. Obwohl die durch Abscheidung des Ionenaustauschmaterials verliehene Ladung in der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Erde abgeführt wird, könnte die Vorrichtung derart modifiziert werden, dass das Band 9 mit einer Kraftquelle elektrisch verbunden ist, z.B., durch Schaltung des Endstückes der Hochspannungsenergiequelle 4-9 einer Polarität mit dem mit den Elektroden verbundenen Endstück entgegengesetzter Polarität. Die notwendigen Modifizierungen würden eine geeignete Isolation zur Verhinderung des elektrischen Durchschlages von dem Band zu der Umgeb-ung oder zur Erde umfassen.

Wenn der elektrostatische Beschichtungsvorgang zwischen die Formmaschine und den Glühofen eines Flaschenerzeugungbandes angeordnet wird, ergeben sich normalerweise keine Schwierigkeiten bei der Zulieferung der Flaschen zu der Beschichtungsstelle mit einer Temperatur, die höher als IJ¹J⁰C (35O⁰F) liegt. In einigen Fällen kann es tatsächlich notwendig werden, die Flaschen vor ihrem Eintritt in die Beschichtungsstelle abzukühlen, insbesondere wenn die packenden Ionen grosser als die hauptsächlichen Kationen des Glases sind. Sofern die Temperatur der Flaschen etwa 538°C (100O⁰F) übersteigt, wenn sie ihre Beschichtung aus Ionenaustauschmaterial erhalten, kann das Ionenpackungsverfahren vorzeitig, d.h., vor dem Eintritt der Flaschen in den Kühlofen, beginnen. Wenn vorzeitiger Ionenaustausch unter Verwendung grösserer Packungsionen erfolgt, kann die ionengepackte Schicht eine übermässige Einwirkung der erhöhten Temperaturen in der Glühstufe erfahren und folglich übermässige

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Entspannung ihrer flaschenfestigenden Kompressionsspannungen während des Glühverfahrens erleiden. Es ist deshalb bevorzugt, die Flaschen bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 371 bis 482⁰C (700-90O⁰P) zu beschichten.

Um rasch eine annehmbare gleichmässige Beschichtung auf der Flasche zu bewirken, wird das ionische Material in derartiger Menge und mit derartiger Geschwindigkeit aufgebracht, dass ein wesentlicher Teil hiervon an der Flasche vorbei fliesst. Die Elektroden 35 und 35A tragen die gleiche Ladung wie die .Teilchen, die ihre Ladung von den die Elektroden 33 und 33A umgebenden Koronae erhielten, weshalb ein Teil dieser Teilchen durch die Elektroden 35 und 35A abgestossen und veranlasst wird, sich auf der Seite der Flasche abzuscheiden, die gegenüber der Seite liegt, auf der das Pulver in jede Beschichtungsstelle eintritt. Die Teile des lonenaustauschmaterials, die nicht auf der Flasche abgeschieden sind, treten aus der Beschichtungsstelle durch die Austrittsöffnungen 29 und 29A jeweils aus und werden durch ein äusseres Pulversammeisystem gesammelt.

Die Bereitstellung von 4-Elektroden-Besehichtungsstellen mit zwei in Serie angeordneten Stellen, wie es in den Zeichnungen veranschaulicht ist, stellt die Bildung einer gleichförmigen Beschichtung des lonenaustauschmaterials auf der Flasche bei deren Durchtritt durch den Beschichtungsbetrieb sicher. Wie vorstehend angeführt wurde, reflektieren die Elektroden 35 und 35A auf der Auslasseite der Stellen Sl und S2 die an Flasche B vorbeitretenden Teilchen und bewirken deren Abscheidung auf der Seite der Flasche, die dem Pulvereinlass gegenüberliegt. Selbst bei dieser Elektrodenkonfiguration muss jedoch eine hohe Pulvergeschwindigkeit zum Erhalt einer vollständigen Gleichmässigkeit bei

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einer einzigen Beschichtungsstelle verwendet werden. Derartige Geschwindigkeiten rufen eine wesentliche Verringerung der Beschichtungswirksamkeit hervor, und die Verwendung zwei sukzessiver Beschichtungsstellen mit Einlassen
an gegenüberliegenden Seiten des Bandes 9 ergibt eine
gleichförmige Beschichtung beim Betrieb mit relativ holier Beschichtungsloistung und milderen Bedingungen. Wenn eine Pulverwolke, die durch Ansaugen des Ionenaustauschmediuius in einem Venturirohr erzeugt ist, durch jede Stelle bewegt wird, kann eine gleichförmige 0.2 g. Beschichtung· auf
einer 2Ο·5 £ (10 Unzen) Getränkeflasche, die die beiden
Stellen mit einer Bandgeschwindigkeit von annähernd
IL. 3 (60 Fuss) ''Meter pro Minute passiert, erhalten v/erden. 0.2 G. des Ionenaustausol)!i;aterials auf einer 2L3.5 fi (10 Unzen)' Getränkeflasche stellen eine Beschichtungs-

2 ■ 2

dichte von annähernd 0.5 S· pro 6^3· 2 cm (100 inch ) dar, welche ausreicht, um geeignetes Material für den Austausch-Vorgang ohne übermal ig en Abfall des Ionenaustauaclir:;aterials :;u liefern.

Wenngleich die liier gezeigte und beschriebene Vorrichtung für die Beschichtung von Objekten wie Getränkeflaschen
bevorzugt ist, so sind doch verschiedenartige Modifizierungen möglich. Jede Beschichtungsstation könnte beispielsweise lediglich eine einzige Elektrode auf jeder Seite
des Bandes enthalten. Mit zwei oder mehr Beschichtungsstellen in Serie ist es sogar möglich, nur eine Elektrode bei einer vorgegebenen Beschichtungsstelle zu verwenden.
Andererseits ist es durch geeignete Kombination der Bandgeschwindigkeit, der Elektrodenanordnung, der Zahl der
Elektroden, der Pulverwolkengeschwindigkeit und der Feldstärke möglich, eine gleichförmige Beschichtung ,„unter Verwendung einer einzigen Beschichtungsstelle zu erhalten.

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BAD ORJQiNAt

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Der Fachmann erkennt auch, dass gegebenenfalls das ionische . Material von oben oder unten/anstelle von der Seite eingeführt werden könnte. Ein seitlicher Eintritt ist jedoch "bei der Beschichtung von Objekten wie Flaschen bevorzugt, da sie ihre grösste Fläche und geringste Tiefe dem Strömungsweg der Teilchen, die von der Seite eintreten präsentieren. Dies erleichtert die Durchführung einer gleichmässigen Beschichtung* TJm eine gleichförmige Beschichtung mit von oben oder unten eintretendem Material zu erreichen, sind höhere Geschwindigkeiten erforderlich und es werden im allgeneinen'geringere Besohichtungsleistungen erhalten. Die Einführung des Beschichtungsmediums von oben oder unten kann auch zur Beschichtung des Förderers selbst, führen.

Die Fig. 5 veranschaulicht ein bequemes System zur Einspeisung einer Pülverwolke aus Ionenaustauschmaterial in eine Beschichtungssteile. Mit 55 ist ein Reservoir für das Ionenaustauschmaterial bezeichnet. Ein Eulverzugeber 57* der beispielsweise durch einen Schneckengang oder Vibrator gebildet ist, ist dem unteren Auslass des Reservoirs 55 angefügt. Der Zugeberauslass steht mit dem Düsenhals des Venturirohr s 59 über die Versorgungsleitung 61 und den Ansaugtrichter 63 in Verbindung. Das Venturirohr 59 ist mit einer Luftversorgung 65 versehen, und der Auslass des Venturirc-hrs isti mit dem'-Einlassrohr 25 und der öffnung 27 der Beschiehtungsstelle Sl mittels einer Venturirohrauslassleitung 6j verbunden. Die Auslassleitung 69 verbindet den Äuslassabzug J)I mit dem Einla'ss des Sackfilters 7I, während die Abzugsleitung 73 sich zwischen dem Luftauslass von Filter 7I und Gebläse 75 erstreckt. Das wiedergewonnene Pulver kann periodisch aus dem Filter 71 durch die Zurückführungsleltung 77 in das Reservoir 55 entleert werden. Das Gebläse 75, das eine grössere volumetrische Kapazität als die Luftversorgung 65 aufweist,leitet entweder direkt oder durch

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weitere Vorrichtungen, die zur Verhinderung Luftverschmutzung ausgerüstet sind, an die Atmosphäre ab.

Beim Betrieb wandert das ionische Material infolge der Schwere von dem Reservoir 55 durch den Zugeber 57* die Versorgungsleitung 61 und den Ansaugtrichter 63 zu dem Düsenhals des Venturirohrs 59* wo es angesaugt und durch Luft, die in das Venturirohr von der Luftversorgung 65 eintritt, suspendiert/. Das'ionische Material wird durch die Auslassleitung 67 luftgefördert und durch das Rohr 25 in die Beschichtungssteile Sl ausgeführt, wo es eine Ladung von den Koronae um die Elektroden 33 annimmt. Wenn eine Folge von Flaschen B kontinuierlich durch die Stelle Sl, durah das Band 9 geführt werden, wird ein Teil des ionischen Materials auf der Oberfläche jeder Flasche abgeschieden. Überschüssiges ionisches Material, das durch den durch Geb^e 75 getriebenen Luftstom getragen wird, tritt aus der Beschichtungsstelle durch den Auslassabzug 31 und die Auslassleitung 69 aus und wird in dem Sackfilter 71 wiedergewonnen, der als Sammelstelle dient. Dieses wird sodann periodisch durch die Zurückführungsleitung 77 in das Reservoir 55 geschüttelt, wo es für die Wiedereinführung in das elektrostatische Feld der Besohlchtungsstelle bereitliegt.

Die Station S2 ist mit einem identischen Pulverversorgungsund Wiedergewinnungssystem versehen. Alternativ kann in die Auslassleitung 69 ein Y-Verbindungsstück eingeführt werden, so dass ein einziges Pulverversorgungssystlm beiäe/versorgen kann. In jedem der Fälle ist die gesamte volumetrische Gebläsekapazität grosser als die Luftversorgungskapazität, so dass ein geringer negativer Druck dem Tunnel 1 aufgegeben wird, wodurch der Austritt des Ionenaustauschmaterials aus dem Tunnel in die Umgebungsatmosphäre verhindert ist.

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Da im wesentlichen das gesamte überschüssige Ionenmaterial, ' das nicht auf den Flaschen abgeschieden ist, wieder eingeführt wird, ist kein Regelsystem zur Einleitung und Beendigung des Pulverflusses für das vorstehend beschriebene bevorzugte Pulverversorgungssystem erforderlich. Typische Beschichtungsleistungen mit diesem System, d.h., der. Teil des gelieferten Pulvers, das in einem einzigen Durchgang ■ abgeschieden wird, betragai etwa 20 bis J50 %. Höhere Leistungen könnten leicht durch Verwendung von Regelgeräten erreicht werden, die auf die Gegenwart einer Flasche in der Beschichtungsstation durch Bereitstellung einer Kraftversorgung und auf den Durchtritt der Flasche durch Beendigung dieser Kraftversorgung ansprechen. Derartige Techniken können in solchen Fällen gerechtfertigt sein, wo

.teure

beispielsweise relativ/ionenaustauschmaterialien, wie Silbersalze Verwendung finden.

Der Fachmann wird erkennen, das die vorstehend beschriebene Beschickungsvorrichtung und das Verfahren für andere Zwecke ausser der Anwendung einer Beschichtung aus Ionenaustauschmaterial auf ein Glasobjekt zur Vorbereitung des Ionenpackens verwendet werden kann. Die Vorrichtung und das Verfahren können beispielsweise zur Anbringung eines Überzugs aus Kunststoff, anorganischen Glasurmaterialien oder im wesentlichen jeglichen teilchenförmigen Materials verwendet werden, welches zur Aufbringung auf eine G-lasoberflache gewünscht wird. Tatsächlich ist die Vorrichtung zum Überzug von Objekten,die aus anderen Materialien als Glas bestehen unter der Voraussetzung geeignet, dass das Objekt zum Abfluss der Ladung die durch das Beschichtungsmaterial bei dessen Abscheidung auf der Oberfläche des Objektes verliehen wird, geeignet ist. " . -

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Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, dass ver-» schiedene Aufgaben gemäss der Erfindung erreicht und weitere vorteilhafte Ergebnisse erhalten werden.

Da bei den vorstehend beschriebenen Verfahren, Konstruktionen und Produkten verschiedene Veränderungen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen,durchgeführt werden können, wird darauf hingewiesen, dass die Ausführunge-n der vorstehenden Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen als Veranschaulichung nicht jedoch als Einschränkung anzusehen sind.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ή.., Verfahren zur Beschichtung eines Glasobjektes mit ionischem Material, dadurch gekennzei ohne t t dass man das Objekt in elektrisch leitende Verbindung mit einer Elektronenquelle oder einem Elektronenabfluss bringt, das Objekt unter derartigen Bedingungen, dass das Glas einen wirksamen Widerstand von nicht mehr als etwa 10 Ohm-om besitzt in ein elektrostatisches Feld einführt, das durch eine, von dem Objekt entfernte Elektrode erzeugt wird, wobei die Elektrode ein gegenüber dem Glasobjekt unterschiedliches elektrisches Potential, das zur Erzeugung einer Korona um die Elektrode ausreichend ist, aufweist, und ein teilchenförmiges ionisches Material in das elektrostatische Feld in die Nähe der Korona derart führt, dass das ionische Material eine Ladung, deren Polarität die gleiche wie die der Elektrode ist, er-hält, und auf eine Oberfläche des Glasobjektes unter dem Einfluss des elektrischen Feldes, das durch die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Objekt erzeugt ist, angezogen und abgeschieden wird.

   2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in das elektrostatische Feld das teilchenförmige ionische Material einführt, das Ionen, deren Ionendurchmesser gegenüber den Ionendurchmessern der Kationen des Glasobjektes verschieden

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   sind, enthält, hiernach die Kationen des Glases des Objektes in einer der Oberfläche benachbarten Randschicht des Objektes bei einer Temperatur von zumindest 316⁰C (60O⁰F) durch Kationen des ionischen Materials austauscht, und das Objekt abkühlt, wodurch ein Objekt erhöhter Festigkeit,/das eine^unfer Kompressionsbeanspruchung stehende Randschicht aufweist, erzeugt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Glasobjekt auf einer Temperatur zwischen 177°C (35O⁰F) und 538⁰C (1000⁰F) und vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 371 C (700⁰F) und 482°C (900⁰F) bei Abscheidung des ionischen Materials auf seiner Oberfläche befindet,

   4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Glasobjektes ausser der Schicht bei dem Austausch der Kationen des Glases durch die Kationen des ionischen Materials gleichzeitig geglüht wird, wobei man die Temperatur des Glasobjektes auf eine Temperatur oberhalb des Spannungspunkts des Glases bringt,

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Temperatur des beschichteten Glasobjektes auf eine Temperatur zwischen dem Spannungspunkt des/5lases und 55.5°C (100°F) oberhalb der Kühltemperatur des Glases bringt,

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5* dadurch gekennzeichnet, dass man das Objekt mit einer Geschwindigkeit von zumindest etwa 5·5 bis 7·2⁰C (10-13°F)/Minute abkühlt.

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   7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Vielzahl von Glasobjekten kontinuierlich durch das elektrostatische Feld bewegt, das ionische Material auf jedem Objekt abscheidet und die Vielzahl der Objekte kontinuierlich durch eine hohe Temperaturzone bewegt, in der gleichzeitig der Ionenaustausch und das Glühen stattfindet.

   8/ Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man das Glasobjekt erdet und die Elektrode auf einem Potential zwischen etwa 14 und etwa 16 kV gegenüber dem Erdpotential hält.

   9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass man die Elektrode im wesentlichen vertikal anordnet und das ionische Material im wesentlichen horizontal in die Nähe der Elektrode unter Eintritt in das elektrostatische Feld führt und die Elektrode mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser zwischen 10.16 χ 10 - und 25.40 χ 10""·^ cm (' 4 und 10 mils), vorzugsweise zwischen 20.32 χ 10*"^ und 25.40 χ lo"-⁵ cm (8 und 10 mils) ausbildet.

   10. Verfahren nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, dass man zwei im wesentlichen vertikale Elektroden vorsieht und das ionische Material zwischen diesen unter Eintritt in das elektrostatische Feld hindurchführt.

   11. Verfahren nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, dass man eine zweite Elektrode mit einem elektrischen Potential gleicher Polarität wie die erste Elektrode vorsieht, das Potential auf einer

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   ausreichenden Höhe zur Erzeugung einer Korona aufrecht erhält,die von dem Objekt in Abstand und in der Nähe der Seite des Objektes, die der Seite gegenüberliegt, die der Stelle der Einführung des teilchenförmigen ionischen Materials am nächsten liegt, befindlich ist, so dass ein Teil jeglichen ionischen Materials, welches an dem Objekt vorbeifliesst zur Abscheidung auf der Seite des Objektes veranlasst wird, die der Seite gegenüberliegt, die der Stelle der Einführung des ionischen Materials am nächsten liegt.

   12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man das teilchenförmige ionische Material in das elektrostatische Feld durch einen Gasstrom führt und das überschüssige ionische Material, welches nicht auf der Oberfläche abgeschieden ist, aus dem elektrostatischen Feld durch den Gasstrom abführt.

   13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man das überschüssige ionische Material in das elektrostatische Feld wieder einführt.

   Ik Material zur Verfestigung von Alkalimetallglasobjekten, gekennzei chnet durch ein ionisches Material, das unter Kaliumnitrat,zweibasigem Kaliumphosphat, einbasischem Kaliumphosphat, Trikaliumphosphat, Kaliumcarbonat, Kaliumpyrosulfat, Lithiumnitrat, zweibasischem Lithiumphosphat, Rubidiumnitrat, zweibasischem Rubidiumphosphat, Cäsiumnitrat, zweibasischem Cäsiumphosphat, Natriumnitrat, zweibasischem Natriumphosphat, Kupfernitrat, oder Silbernitrat ausgewählt ist und zwischen und 10 Teilen pro 100 Teilen ionischen Materials eines Zusatzstoffes, der unter submikroskopischem Siliciumdioxid, Feldspat, Diatomeenerde, Boroxid oder Russ aus-

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   gewählt ist.

   15. Material nach-Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliciumdioxid eine Teilchengrösse von zwischen 30 und 50 Millimikron aufweist.

   16. Vorrichtung für den Gebrauch zum Überziehen eines'Qbtektes mit einem teilchenförmigen Material, ge-, kennzei chnet durch eine elektrisch 1elfefähige Vorrichtung zum Transport des Objektes, eine Vorrichtung für die elektrische Verbindung der Transportvorrichtung mit einer Elektronenquelle oder einem Elektronenabfluss, eine der Transportvorrichtung benachbarte und hiervon elektrisch isolierte Elektrode, wobei die Elektrode fähig ist, auf das Objekt, das durch die Transportvorrichtung transportiert wird, ein elektrostatisches Feld auszuüben, eine Kraftquelle, ' um das Potential der Elektrode auf ein Potential zu brin~ gen, das gegenüber dem Potential der Umgebung durch eine ausreichende Menge verschoben ist, um eine Korona um die Elektrode zu erzeugen und Einspeisungsvorrichtungen um das teilchenförmige Material in das elektrostatische Feld derart einzubringen, dass die Teilchen des Materials eine Ladung gleicher Polarität wie die der Elektrode erhalten und hierdurch von einer Oberfläche des Objektes angezogen und hierauf abgeschieden werden, wobei die Ladung der Teilchen durch die Vorichtung , die die Transportvorrichtung mit einer Elektronenquelle oder dem Elektronenabfluss verbindet, abgezogen wird.

   17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch g e k e η h ·* zeichnet, dass die Transportvorrichtung ein elektrisch leitfähiges Förderband darstellt.

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   18. Vorrichtung nach Anspruch 17t gekennzeichnet, durch ein sich über das Förderband erstreckendes Gehäuse um das teilchenförmige Material bei dessen Einführung in das Feld aufzunehmen, wobei das Gehäuse vertikale Seitenwände auf beiden Seiten des Förderbandes, die im wesentlichen zu dessen Kanten parallel sind und eine Deckenwand die sich zwischen den vertikalen Seitenwänden erstreckt, wobei eine der Seitenwände hierin eine Einlassöffnung aufweist, durch welche das teilchenförmige Material geführt wird und die andere Seitenwand eine der Einlassöffnung gegenüberliegende Auslassöffnung aufweist, durch welche überschüssiges teilchenförmiges Material ausgelassen werden kann, und Auslassvorrichtungen enthält, die mit der Auslassöffnung zur AufSammlung des teilchenförmigen Materials, das nicht auf dem Objekt abgeschieden wird, in Reihe angeordnet sind.

   19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode einen dünnen, vertikal angeordneten Draht mit einem Durchmesser von zwischen 10.16 χ ΙΟ"⁵ und 25.4 χ ίο"·⁵ cp (4 und 10 mils) enthält, der auf der gleichen Seite des Bandes wie die Einlassöffnung angeordnet ist, wobei die Einlassöffnung und die Elektrode zusammen eine Beschichtungsstelle entlang der Bewegungslinie des Bandes bilden,

   20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisungsvorrichtung ein Reservoir für das teilchenförmige Material, ein Venturirohr zur Suspendierung des teilchenförmigen Materials in einem Gasstrom, und ein Erweiterungsrohr enthalten, das einen verlängerten vertikalen Auslass

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   für die Zulieferung des teilchenförmigen Materials zu der Beschiohtungssteile aufweist.

   21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 2O₅ g e k e η η ζ e i c hn e t durch eine zweite vertikale dünne Drahtelektrode, die auf der gleichen Seite des Bandes wie die Einlassöffnung gelegen ist, wobei eine der Elektroden auf der Stromaufwärtsseite der Einlassöffnung bezüglich der Richtung der Bewegung des Förderbandes und die andere Elektrode auf der Stromabwärtsseite der Einlassöffnung derart gelegen ist,, dass das teilchenförmige Material zwischen den Elektroden beim Eintritt in die Zone hindurchgeht.

   22. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch eine zweite vertikale dünne Drahtelektrode, die auf der gegenüberliegenden Seite des Bandes von der Einlassöffnung derart gelegen ist, dass ein Teil jeglichen teilchenförmigen Materials, das an dem Objekt vorbeifliessen kann, zur Abscheidung auf der Seite des Objektes veranlasst wird, die der Seite gegenüberliegt, die der Einlassöffnung am nächsten kommt, und Vorrichtungen zum Anlegen eines Potentials an die zweite Elektrode, das zur Bildung einer Korona dort ausreichend. ist.

   23. Vorrichtung nach Anspruch I9, gekennzeichnet durch zwei Be s chi chtamgs stellen die in Serie entlang dem Band angeordnet sind, wobei die Einlassöffnung einer Beschichtungsstelle auf der einen Seite des Bandes und die Einlassöffnung der anderen Besohlchtungsstelle auf der gegenüberliegenden Seite des Bandes angeordnet sind.

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   24. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dieÄuslassvorrichtung einen auf der Seitenwand des Gehäuses angebrachten Abzug, und Gaspumpvorrichtungen in Verbindung mit dem Abzug zum Abzug von Gas enthält, welches das teilchenförmige Material von der Beschichtungsstelle trägt, wobei die volumetrische Pumpkapazität der Gaspumpvorrichtung die volumetrische Kapazität des Gasstroms derart übertrifft, dass ein geringer negativer Druck in dem Gehäuse zur Verhinderung des Austritts des teilchenförmigen Materials aus dem Gehäuse aufrechterhalten wird.

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