DE2402913A1 - Verfahren und vorrichtung zum thermischen vor2pannen von glas in einer fluessigkeit - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Vorspannen von Glas in einer Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Vorspannen von Glas in einer Flüssigkeit.

Zum Vorspannen der Glasscheiben ist bekannt, sie bis auf eine Temperatur benachbart der Erweichungstemperatur des Glases zu erwärmen und sie dann einer plötzlichen Abkühlung, beispielsweise der Einwirkung von Luftstrahlen auszusetzen.

Dieses Verfahren bietet sich im allgemeinen für Glasscheiben einer beachtlichen Dicke, in der Größenordnung von 6 mm, an, da unter dem Einfluß der Kühlluftstrahlen die Oberfläche des Glases sehr schnell, und insbesondere

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erheblich vor dem Kern erstarrt, was eine Bedingung ist, die notwendig ist, um eine zweckmäßige Vorspannung y.u erreichen.

Ebenfalls ist bekannt, daß dann, wenn man dieses Verfahren auf dünne Glasscheiben anwendet, deren Dicke beispielsweise nur 2 mm oder sogar weniger als 1 mm beträgt, man nicht dazu gelangt, einen ausreichenden Vorspanngrad zu erhalten. Dieses resultiert aus der Tatsache, daß, je dünner das Glas ist, desto schwieriger es wird, durch Kühlung einen ausreichenden lemperaturkoeffizienten zwischen der Oberfläche und dem Kern zu schaffen, um die gewünschten Beanspruchungen zu erzeugen.

Um einen ausreichenden Vorspanngrad an dünnen Glasscheiben wie denen zu erhalten, die man beispielsweise zur Herstellung der Verbundsicherheitsscheiben wünscht, ist bereits vorgeschlagen worden, sie einer besonders starken Vorspannung oder Härtung durch Eintauchen in eine Flüssigkeit auszusetzen, da das Kühlvermögen von Flüssigkeiten ganz erheblich höher als das der Gase liegt.

Die Erfahrung zeigt jedoch, daß das plötzliche und starke Abkühlen einer vorher auf ihre Erweichungstemperatur gebrachten Glasscheibe durch direktes Eintauchen in eine Kühlflüssigkeit oft zu Schwierigkeiten führt, sei es, daß die Scheibe bricht, sei es daß hierin Fehler in der Planheit und/oder der Parallelität auftreten, welche die optischen Eigenschaften der vorgespannten Glasscheiben gefährden.

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Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden wurde bereits vorgeschlagen, die erwämten Scheiben einer Vorkühlung auszusetzen, bevor man sie in das iTiissigkeitsvorspannbad taucht. Diese Vorkühlung erhält man entweder durch Luftstrahlen wie beispielsweise in der französischen Patentschrift 69 04881 beschrieben oder durch Aufspritzen von Flüssigkeitströpfchen oder auch durch Eintauchen in einiFlüssigkeitsbad wie in der US-Patentschrift 2.311.846 beschrieben.

Diese verschiedenen Versuche haben aber nicht die oben genannten Nachteile völlig aufheben können. Insbesondere lassen die optischen Eigenschaften der auf diese Weise vorgespannten Scheiben zu wünschen übrig ,sei es, daß Regenbogenverfärbungen aufgrund des Auftreffens der Luftstrahlen auftreten, wenn die erste Kühlung mit Luft durchgeführt wird oder daß die intensiven in der !Flüssigkeit erzeugten Konvektionsströme für die erste Kühlung in der Scheibe Verformungen hervorrufen, die ihre optische Qualität in Präge stellen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung im Vorspannen des Glases in einem Flüssigkeitsbad, wodurch die oben genannten Nachteile vermieden werden können.

Diese Verbesserung zeichnet sich dadurch aus, daß vor dem Eintauchen der Glasscheibe in die Vorspannflüssigkeit die Scheibe in unmittelbarer Nähe eines festen Kühlorgans gebracht wird, das wenigstens auf eine ihrer Flächen wirkt.

Aufgrund der Verbesserung nach der Erfindung kann die Oberflächentemperatur der Glasscheiben bei ihrem Ein-

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tauchen in ein Vorspannbad für ein und die gleiche Temperatur dieses Bades beachtlich bezüglich derjenigen gesenkt werden, die genommen werden soll, wenn bei der Verwirklichung der Erfindung man einen sehr geringen Bruchgrad während der Behandlung erhalten will.

Dieses Absenken der Oberflächentemperatur bringt offensichtlich eine beachtliche Steigerung in der optischen Qualität des vorgespannten Glases mit sich.

Im übrigen erlaubt die Kühlung durch das feste Organ unmittelbar vor dem Vorspannen im Flüssigkeitsbad, wie man weiter unten sehen wird, es,gegebenenfalls die Unregelmäßigkeiten in der Temperatur zu korrigieren, die ihren Sitz in der Scheibe nach ihrer Erwärmung bis auf Erweichungstemperatur haben können.

Andererseits bringt die Verbesserung nach der Erfindung eine große Nachgiebigkeit in der Regelung des thermischen Zyklus mit sich, die die Scheibe zwischen dem Heizofen und dem Flüssigkeitsvorspannbad erleidet.

Im allgemeinen setzt man die beiden Seiten der Scheibe

Vorgleichzeitig der/Kühlung aus. Man kann dies durch Kühlplatten emeichen, die man in unmittelbare Nähe der Flächen der Glasscheibe bringt. Der nachgesuchte Effekt kann erhalten werden, wenn die kalte Scheibe unter etlichen Millimetern von der Oberfläche der Glasscheibe angeordnet wird. Um jedoch die Wirksamkeit des Verfahrens zu erhöhen,sorgt man für einen Wärmeaustausch zwischen der Scheibe und den Kühlwandungen, indem man sie soweit wie möglich an die Scheibe annähert oder indem sie sogar in

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Kontakt mit der Scheibe führt, wobei dieser Kontakt jedoch ohne Druck erfolgt.

Bei den Kühlwandungen kann es sich um Platten aus Stahl, Kupfer oder anderen Materialien mit guter thermischer Leitfähigkeit handeln. Diese Platten können gegebenenfalls perforiert sein. Sie befinden sich im allgemeinen auf einer Temperatur zwischen/50 und 6O⁰G, man kann gewünsentenfalls sie aber auch auf niedrigere Temperatur durch Zirkulation eines Fluids kühlen, wobei in diesem Fall die Platten die Stirnseite eines dichten Kastens bilden, indem man ein Kühlfluid zirkulieren läßt. Die Kühlwandungen sind vorzugsweise mit einem Gewebe aus Glasfasern oder Kieselsäurefasern bzw. Silicafasern überzogen, derart, daß der thermische Fluß zwischen den Kühlelementen und der Glasoberfläche gemäßigt und vergleichmäßigt wird.

Die Kühlelemente können nach einer abgeänderten Ausfiirungsform der Erfindung die Form der Walzen beeinflussen, zwischen denen die Scheiben vor ihrem Tauchen in das Flüssigkeitsvorspannbad durchlaufen ,

selbstverständlich unter der Bedingung, daß die evtl. Wölbung von zylindrischer Art ist.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Fig. 1 eine Kühlvorrichtung zeigt, bei der die festen Kühlelemente metallische Platten sind;

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, 4098 3 0/091 1 _₆_

bei der die Kiihlelemente als Kästen ausgebildet sind;

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der Kühlorgane Walzen sind; und

Pig. 4 zeigt die Vergleichsversuchsergebnisse eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung und eines Beispiels ohne Verwirklichung der Maßnahme nach der Erfindung.

In Pig. 1 erkennt man, daß die vertikal an selbstschließenden Zangen 2 aufgehängte Glasscheibe 1, nachdem sie im nicht dargestellten Wärmeofen erwärmt wurde,zwischen zwei metallische, relativ kalte Platten 4-4' gebracht wird, die horizontal aufgrund von Stellzylindern 6 und beweglich sind. Die Vorrichtung wird oberhalb des Vorspannbades 3 angeordnet, in welches die Scheibe unmittelbar nach der durch die Platte 4 vorgenommene Vorkühlung getaucht wird. Diese Platten sind mit einem Tuch 5 aus Glasfasern oder Siliciumdioxyd überdeckt, welches voll ständig durch Verkleben oder durch Zangen gespannt ist. Die Platten werden durch die Stellzylinder 6 - 6¹ in unmittelbare Nähe der Glasscheibe geführt und in dieser Lage während einer Dauer gehalten, die von etlichen ZehntelSekunden bis zu etlichen Sekunden schwanken kann. Die Platten werden dann entfernt und die Glasscheibe wird dann in das Vorspannbad 3 getaucht.

Pig. 2 zeigt eine analoge Ausführungsform, bei der jedoch die Platten 4 durch metallische Kästen 7 - 7¹ ersetzt sind, in denen ein Kühlfluid aufgrund von Eintritts- und Austrittskanälen 8 und 9 zirkuliert.

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In Pig. 5 ist schematisch eine Auiührungsforin der Erfindung dargestellt, in der die Kühlorgane durch Walzen 10, "beispielsweise aus Silica bzw. Kieselsäure oder gesintertem Aluminiumoxyd ( Tonerde ) gebildet sind und die vorteilhaft mit einer Hülse aus Glasfasern oder Silica überzogen sind.

Die Glasscheibe 1 wird durch Walzen 12 zugeführt und läuft zunächst in den Wärmeofen 11 und dann zwischen die Walzen 10 bevor sie in das Plüssigkeitsvorspannbad 13 fällt. Die gegenseitige Entfernung der Walzen 10 und ihre Temperatur sind regelbar, um den notweaügen Wärmeaustausch vornehmen zu können.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung liegt in der Tatsache, daß die Platten, Kästen und Walzen der vorherigen Kühlung verwendet werden können, um die Temperaturabweichungen zu korrigieren, die in der Scheibe während ihres Durchlaufs im Heizofen entstehen können.

Es ist nämlich bekannt, daß die Regelung der Wärmeöfen sehr kompliziert ist und daß es äußerst schwierig ist, über dieses Mittel eine völlig homogene Temperatur in der Glasscheibe insgesamt zu erhalten. Die Korrektur der Temperaturabweichungen durch die Kühlorgane erhält man, indem man die Entfernung dieser Organe voneinander sogar deren Neigung gegenüber der Scheibe variieren läßt. Sie sind hierzu mit StellscSauben ausgestattet, die eine sehr genaue Positionierung ermöglichen. Indem man die Kühlorgane oder einen Teil der Kühlorgane unter Abstand zur Oberfläche der gegenüberstehenden Scheibe bringt, vermindert man die Intensität ihrer Wirkung und umgekehrt. Diese Eegel- und Einstellmöglichkeit ist wesentlich,

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um günstige Ergebnisse zu erhalten; sie wäre unmöglich mit Kühleinrichtungen nach dem Stand der Technik, wie Luftstrahlen, Flüssigkeitszerstäubungen und vor allen Dingen Flüssigkeitsvorspannbädern zu erreichen.

Beispiel;

Der thermischen Vorspannung werden plane Glasscheiben von 2 mm Dicke und 300 χ 250 mm Seitenabmessungen ausgesetzt.

Die mittlere Temperatur im Heizofen beträgt 780⁰O, man wirkt auf die Heiζdauer ein, um die Temperatur der vorzuspannenden Glasscheiben variieren zu lassen. Die Glasscheiben werden, während Zeiträumen, die zwischen 75 und 100 Sekunden etwa schwanken, erwärmt, was Temperaturen der Scheibe von 630 bis 67O⁰C entspricht. Diese Temperatur wird mit dem Auge mit Hilfe eines Infrarotpyrometers, Model 629 BIl, der Saint-Gobain Techniques Nouvelles festgestellt, wodurch die Aufzeichnungen der Oberflächentemperatur der Scheibe bei ihrem Durchlauf im Feld der Vorrichtung aufgezeichnet wird.

Die Vorspannflüssigkeit ist ein Öl der Firma ESSO mit der Bezeichnung 148 mit einem Flammpunkt (pint eclair )von 318⁰C, wobei dieses Ölbad auf eine konstante Temperatur von 175⁰C gebracht wird.

Die Glasscheiben werden aus dem Ofen gegen das Flüssigkeitsvorspannbad bei einer Geschwindigkeit von 50. cm/sek, abgesenkt und werden gegenüber den Kühlorganen stillgesetzt, die gleichzeitig in unmittelbare Nähe der Ober-

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fläche der Glasscheiben geführt werden. Diese Annäherungsbewegung erfolgt durch Zylinderanordnungen während einer genau festgelegten Zeit, in der Größenordnung von 1 Sekunde, wobei die endgültige Positionierung der Organe ein mittleres Spiel zwischen ihrer Oberfläche und demjenigen des Glases in der Größenordnung von 0,5 nun beläßt. Die Kühlorgane werden in dieser Position während einer Dauer von 0,5 bis 1 Sekunde gehalten und werden dann schnell voneinander entfernt; die Glasscheiben werden in das Ölbad bei einer Geschwindigkeit von 50 cm/Sek. abgesenkt.

Die Ergebnisse zahlreicher Versuche sind in Pig. 4 eingetragen, wo jedes + oder -(Zeichen)einer Probe entspricht, wobei das +(Zeichen) einen Erfolg darstellt, das heißt ,den Erhalt einer vorgespannten Scheibe und das -(Zeichen) einem Bruch entspricht. Die an der Oberfläche angezeigte oder markierte Temperatur wird durch das Pyrometer angegeben, welches kurz über der freien Oberfläche der Vooqpannflüssigkeit sichtbar ist.

Die in der linken mit A bezeichneten Spalte angegebenen Versuchsergebnisse stellen die Resultate dar, die man bei der Verwirklichung der Erfindung erhält, während die in der rechten mit B bezeichneten Kolonne angegebenen Punkte Blind- oder Kontrollversuchen entsprechen, die ohne Anordnung von Kühlorganen durchgeführt werden.

Insbesondere siöt man, daß es nach-der Erfindung möglich wird, wesentlich die Oberflächentemperatur der vorzuspannenden Proben abzusenken, tatsächlich bis gegen 625⁰C, ohne Gefahr eines Scheiterns, währen^ ohne die Verwirklichung der Maßnahme nach der Erfindung es notwendig

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wird, die Oberflächentemperatur nicht unter etwa 645⁰G zu vermindern.

Gleichzeitig zeigt die Erfahrung, daß die bei Verwirklichung der Maßnahme nach der Erfindung getauchten Proben hinsichtlich der optischen Qualität gegenüber Blind- oder Kontrollproben verbessert sind, die ohne Verwirklichung der erfindungsgemäßen Maßnahmen behandelt wurden.

Patentansprüche - 11 -

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Claims (8)

1. M04572 24G2913

   - 11 PATENTANSPRÜCHE

   Ί.") Verfahren zum Vorspannen von Glasscheiben in einem Flüssigkeitsbad, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Tauchen der Glasscheiben in die Vorspannflüssigkeit diese Scheiben in unmittelbare Nähe in Kontakt ohne Druck-son festen Kühlorganen, die auf wenigstens eine ihrer Flächen einwirken, geführt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die gegenseitige Entfernung der Kühlorgane oder deren Neigung bezüglich der Scheiben variieren läßt, um die Temperaturabweichungen zu korrigieren, die in diesen Scheiben während ihrer Durchführung durch den Wärmeofen entstehen können.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlorgane Kühlplatten aus einem Wärme gutleitenden Material beispielsweise Stahl oder Kupfer Verwendung finden.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlorgane durch dichte Kästen gebildet sind, in denen ein Kühlfluid zirkuliert.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwandungen der Platten oder Kästen von einem Gewebe aus Glasfasern oder Siliciumdioxydfasern abgedeckt sind.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlorgane die Form von Walzen aufweise!

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7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen aus Silica bzw. Kieselsäure oder Siliciumdioxyd oder gesintertem Aluminium oxyd "bzw. Tonerde bestehenund gegebenenfalls durch eine Gewebehülle aus Glasfasern oder Siliciumdioxyd abgedeckt sind.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlorgane horizontal mittels Zylinderanordnungen bewegt sind.

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