DE2929071C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Glas durch Einbringen des Glases in ein fluidisiertes Bett aus Teilchen unter derartigen thermischen Bedingungen, daß Wärme vom Glas auf das fluidisierte Material übertragen wird (DE-OS 26 38 038).

Beim thermischen Vorspannen von Glas wird das Glas von einer Temperatur oberhalb der Entspannungstemperatur, üblicher­ weise nach dem Erweichungspunkt schnell abgekühlt. Dabei werden die Oberflächenschichten des Glases schneller gekühlt als die inneren Schichten, mit der Folge, daß die Oberflächen­ schichten Kompressionsspannungen ausgesetzt werden, die durch Zugspannungen in den inneren Schichten ausgeglichen werden. Probleme treten dabei vor allem bei Scheiben gewöhnlichen Natronkalkglases, bei einer Dicke von weniger als 3 mm auf. Die Wärmeabfuhr aus den Oberflächenschichten des Glases mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um den gewünschten Spannungskoeffizienten über die Glasdicke her­ vorzurufen, macht es erforderlich, Kühlluft gegen die sehr heiße Glasscheibe mit einer Geschwindigkeit zu richten, die unter den genannten thermischen Bedingungen dazu führt, daß die dünnen Glasscheiben verformt oder die Oberflächen des Glases beschädigt werden. Hierdurch werden aber die Anforderungen an Fahrzeugfenster wie Kraftfahrzeugwindschutzscheiben unterschritten. Die hierzu verwendeten fluidisierten Betten oder Wirbelbetten führten zu Geschwindigkeiten, die einen sogenannten frei siedenden oder brodelnden Zustand des Bettes erzeugen und unter den Geschwindigkeiten liegen, die verwendet werden, wenn Gas allein als Kühlmittel verwendet wird. Im Wirbelbett wird eine Glasscheibe im allgemeinen senkrecht aufgehängt und mit der Kante voraus ins Bett eingeführt. Wenn auch die Kühlgeschwindigkeit relativ leicht erreichbar war, führte doch die ungleichförmige Kühlung zu schädlichen Spannungsverteilungen über die Glasoberfläche, was die Bruchcharakteristik des Glases beeinflußte. Nutzte man nun den Wärmeübergang in einem frei brodelnden Zustand des Fließbetts aus für eine schnelle Abkühlung des Glases beim thermischen Vorspannen, so erreicht man die Sicherheits­ standardwerte trotz Erreichen der erforderlichen optischen Qualitäten nicht.

Um dem beizukommen, ist in der DE-OS 26 38 038 ein thermisches Behandlungsverfahren beschrieben, bei welchem das feinverteilte Material in einem ruhenden gleichförmig ausgedehnten Zustand dadurch erhalten wird, daß die Fluidisierungsgasgeschwindigkeit in einem unteren Geschwindigkeitsbereich gehalten wird. Dieser ruhige Zustand des Wirbelbetts existiert zwischen einer unteren Gasgeschwin­ digkeitsschwelle, für die die Fluidisierung beginnt und einer oberen, für die die Expansion der Schicht maximal ist und die Oberfläche der Schicht ruhig und im wesentlichen frei von Siedeerscheinungen bleibt. Überschreitet man die obere Schwelle (freies Sieden), so stellt sich häufiger Bruch der vorzuspannenden Glasscheiben ein. Es wird dort erläutert, daß bei freiem Brodeln die Verhältnisse ungünstig für das Vorspannen von Glas sind. Es wird dort vorgeschrieben, die obere Geschwindigkeitsschwelle entsprechend der Expansionsspitze nicht zu überschreiten, das Wirbelbett soll im ruhigen und gleichförmig expandierten Zustand verbleiben. Hingewiesen wird auf den unteren Blasenbildungspunkt und die Gefahren beim Überschreiten dieses Punktes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel zu finden, eine Kombination der bisher nur einzeln zu erreichenden Vorteile (hohe Kühlgeschwindigkeit und damit hohe Produktionsrate bei gleichzeitig guten optischen Eigen­ schaften und Einhalten der sich auf das Bruchverhalten beziehenden Normen) mögliche zu machen.

Erreicht wird dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Art überraschend dadurch, daß die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases im Bereich des 1,03 bis 1,2fachen oberhalb des Wertes gewählt wird, welcher der Expansionsspitze in der Betthöhe-Gasgeschwindigkeits-Kurve entspricht.

Die Anwendung solch hoher Geschwindigkeiten, d. h. der Überschreitung der Expansionsspitze und der eben erwähnten Kurve führt überraschend zu einem äußerst günstigen Wärme­ übertragungskoeffizienten und dies selbst bei dünnen Glas­ scheiben, die an sich sehr empfindlich gegen Deformation oder Beeinträchtigung ihrer optischen Eigenschaften sind. Man nähert sich also dem Vorteil des freien Siedens, ohne dabei die hiermit zusammenhängenden Nachteile in Kauf zu nehmen. Ebenfalls überraschend wird das Risiko der Verformung der vorgespannten Scheiben vermieden. Bei den erfindungsgemäßen hohen Gasgeschwindigkeiten ist die Mobilität der fluidisierten Partikel größer, die sich einem Absenken der Scheibe im Bett entgegensetzenden Kräfte sind geringer. Dies ist besonders für das Spannungsfreimachen gewölbter und sehr dünner Scheiben auszunutzen. Die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung wurden deutlich in Unter­ suchungen, bei denen dieses Verfahren zur Anwendung kam, um schnell sehr heiße Glasscheiben aus gewöhnlichem Glas von 3 mm Dicke durch den Entspannungspunkt des Glases hindurch abzukühlen. Verglichen mit Produkten der gleichen Glas­ temperatur bei gleicher Temperatur und Zusammensetzung des fluidisierten Bettes zeigten Bruchversuche an thermisch vorgespannten Scheiben, daß sie sehr gleichförmig vorgespannt waren. Die Oberflächenscheiben waren nicht ungünstig durch das Kühlverfahren beeinträchtigt. Es ergab sich eine optische Qualität, wie sie für Fahrzeugscheiben, an die hohe Anforderungen gestellt werden, genügen.

Vergleichsversuche zeigen sehr heiße, sehr dünne und gebogene Glasscheiben, wie sie bei der Herstellung von Verbundwindschutzscheiben Anwendung finden, daß sich diese Scheiben sehr schnell abkühlen ließen. Einige Scheiben wurden gemäß der Erfindung, andere nach einem Verfahren abgekühlt, bei dem die Fluidisierungsgasgeschwindigkeit unterhalb der Expansionsspitze lag. Die übrigen Bedingungen waren gleich. Die Temperatur der Glasscheiben unmittelbar vor dem Eintauchen in die fluidisierten Betten lag nahe dem Erweichungspunkt des Glases. Bei den Verfahren, bei denen die niedrigeren Fluidisierungsgasgeschwindigkeiten verwendet wurden, traten gewisse Verformungen in den Glasscheiben auf: beim erfindungsgemäßen Verfahren behielten die vorgespannten Scheiben die ihnen vor dem Vorspannen erteilten Krümmungen bei.

Es ergibt sich ein Kompromiß zwischen den höchstmöglich erreichbaren Wärmeaustauschraten und der Gleichförmigkeit in der Behandlung. Die Anwendung auf andere Glasgegenstände ist möglich. Die größten Vorteile ergeben sich bei Anwenden des Verfahrens auf das thermische Vorspannen von Glasscheiben, eine Kühlung ohne thermische Vorspannung ist jedoch möglich.

Vorzugsweise wird ein fluidisiertes Material verwendet, das aus Teilchen besteht, oder solche enthält, die eine endotherme Umformung dadurch durchmachen, daß sie auf eine Temperatur erhitzt werden, die niedriger ist als die Temperatur des Glases, wenn dieses in das fluidisierte Bett eintritt. Beispielsweise kann mit Fluidisierungsgasgeschwin­ digkeiten im unteren Teil des zulässigen Bereichs gearbeitet werden, beispielsweise einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als das 1,1fache der Gasgeschwindigkeit, die der Expansions­ spitze des fluidisierten Betts entspricht.

Untersuchungen haben gezeigt, daß bei Verwendung fluidisierter Materialien, die bei Erhitzung einer endothermen Umwandlung der vorstehend angegebenen Art unterzogen werden, höhere Glaskühlungsgeschwindigkeiten erreicht werden als unter sonst gleichen Bedingungen.

Vorzugsweise werden Teilchen verwendet, die einen feinverteilten Rest zurücklassen, wenn sie die endotherme Umwandlung durchmachen.

Bei einem bevorzugten Verfahren nach der Erfindung wird wenigstens ein Teil der fluidisierten Teilchen aus einem Material eingesetzt, welches Hydroxyl-Gruppen und/oder Wasser enthält und welches endotherm wenigstens einige dieser Gruppen und/oder Wasser bei einer Temperatur unterhalb der Eintrittstemperatur des Glases freigibt. Probleme bei der Steuerung der thermischen Vorspannung treten nicht auf. Im allgemeinen weisen solche Materialien organische, aber auch anorganische Bindungen auf, die sehr gut für eine Verwendung mit Luft als Fluidisierungsgas geeignet sind.

Fluidisierte Teilchen, die Wasser bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des Glases beim Eintritt in das fluidisierte Bett abgeben, umfassen Teilchen von Substanzen, die Bindungswasser enthalten sowie Teilchen, die adsorbiertes oder absorbiertes Wasser enthalten.

Verwendung eines Wirbelbetts aus einer fluidisierten Dispersion von Wassertröpfchen, die von colloidalem hydrophoben Siliciumoxid überdeckt sind, derart, daß die Tröpfchen sich gegenseitig abstoßen und agglomerieren, ist an sich bekannt (US-PS 40 66 430). Das Prinzip der Vorspannung ist dort ähnlich einer Vorspannung mittels Wassernebels, da der größere Gewichtsteil einer solchen Dispersion aus Wasser besteht. Dies wird aber bei der Erfindung gerade nicht ausgenutzt.

Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung wird von fluidisierten Teilchen Gebrauch gemacht, die aus einer anorganischen Verbindung gebildet werden, welche Hydroxylgruppen und/oder Bindungswasser enthalten. Ver­ bindungen der letztgenannten Kategorie umfassen bei­ spielsweise hydratisierte Salze. Spezielle Ausführungs­ beispiele derartiger Verbindungen, die sehr geeignet sind, sind α- und γ-Monohydrate von Eisensesquioxid Fe₂O₃ · H₂O.

Eine besonders vorteilhafte Verbindung zur Herstellung von Teilchen für fluidisierte Betten ist trihydratisiertes Aluminiumoxid Al₂O₃ · 3 H₂O, welche entweder in der Form von Hydrargillit verwendet werden kann, welches Wasser bei etwa 140°C bei Normaldruck abgibt, oder in der Form von Bayerit, welches einen großen Teil eines Wassers zwischen 120 und 160°C abgibt. Trihydratisiertes Aluminiumoxid kann eine endotherme Umwandlung durch­ machen, wobei eine beträchtliche Wärmemenge aufgenommen werden kann, und zwar in einem vorteilhaft niedrigen Temperaturbereich. Es wurde gefunden, daß ein derartiges Material für das erfindungsgemäße Verfahren zum thermischen Vorspannen sehr dünner Gläser geeignet ist, wobei die Glasscheiben eine Dicke von 3 mm oder weniger haben. Ein derartiges thermisches Vorspannen kann durchgeführt werden unter Verwendung von Luft als Fluidisierungsgas. Es ist nicht erforderlich, ein Gas spezieller Zusammensetzung zu ver­ wenden, welches eine größere spezifische Wärme hat.

Beispiele für Teilchen, die adsorbiertes oder absorbiertes Wasser enthalten, und die zur Herstellung des fluidisierten Bettes verwendet werden können, sind Teilchen aus feuchtem Siliciumdioxid oder aktiviertem Aluminiumoxid, und dieses Material kann bis zu 20 oder 30 Gewichts­ prozent adsorbiertes oder absorbiertes Wasser enthalten. Ein anderes Beispiel sind Teilchen aus Silicagel, welches absorbiertes Wasser enthält.

Wasser kann in das fluidisierte Bett bei Beginn des Verfahrens und/oder kontinuierlich oder intermittierend während des Verfahrens eingeführt werden. Dieses Wasser kann dazu verwendet werden, daß es von den Teilchen adsorbiert oder absorbiert wird, zu zumindest teilweise den Wasserverlust dieser Teilchen zu kompensieren, und zwar unter den Bedingungen, die in dem fluidisierten Bett herrschen.

Die Granulometrie des fluidisierten Materials ist für den Wärmeübergang von Bedeutung. Die Kühlung des Glases erfolgt schneller, wenn kleinere Teilchen verwendet werden. Wenn jedoch die verwendeten Teilchen zu klein sind, so besteht die Gefahr, daß sie durch das Fluidi­ sierungsgas aus dem Bett herausgetragen werden. Der ge­ eignetste Größenbereich für die Teilchen hängt zum Teil von der Materialzusammensetzung der Teilchen ab, und ins­ besondere von deren spezifischem Gewicht. Die besten Er­ gebnisse werden erzielt, wenn das fluidisierte Material vollständig oder im wesentlichen vollständig aus Teilchen besteht, deren Größe im Bereich von 20 bis zu 250 µm liegt. Wenn Teilchen einer Größe in diesem Bereich ver­ wendet werden, kann eine ausreichende Wärmeaustauschrate zum Vorspannen dünner Glasscheiben erreicht werden, wobei fluidisierte Teilchen verschiedenster Zusammensetzung verwendet werden können, ohne daß Probleme auftreten, die durch ein Hängenbleiben der Teilchen am Glas ent­ stehen, wenn das Glas aus dem fluidisierten Bett heraus­ genommen wird. Das Glas kann leicht dadurch gereinigt werden, daß Luft über dessen Oberflächen geblasen wird.

Wenn trihydratisiertes Aluminiumoxid als fluidisiertes Material verwendet wird, liegt die Teilchengröße vor­ zugsweise zwischen 40 und 150 µm, und insbesondere zwischen 40 und 120 µm. Diese Teilchengröße ermög­ licht eine schnelle Kühlung und sichert eine große Ober­ flächenqualität von Glas, auch wenn Scheiben mit einer Dicke von 3 mm oder weniger behandelt werden.

Üblicherweise wird Luft als Fluidisierungsgas bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet. Es können, falls gewünscht, selbstverständlich auch andere Gase verwendet werden, wie beispielsweise Helium, Kohlendioxid oder SF₆.

Vorzugsweise können die Teilchen des fluidisierten Bettes mit geringer Amplitude unter Schwingung gesetzt werden, und dies verhindert ein Zusammenbacken der fluidisierten Teilchen. Ferner können auch feinere Teilchen unter diesen Umständen verwendet werden. Wenn die Teilchen einer Schwingung ausgesetzt werden, kann eine gewünschte Behandlung mit einer geringeren Fluidisierungsgasgeschwindigkeit durchgeführt werden, was vorteilhaft ist, wenn Glasgegen­ stände behandelt werden, die wegen ihrer sehr hohen Temperatur oder aus anderen Gründen leicht beschädigt werden könnten. Vorzugsweise liegt die Schwingungsfrequenz zwischen 50 und 8000 Hz. Die Schwingungsbewegung kann mittels eines Vibrators erzeugt werden, der mit dem Flui­ disierungsgefäß verbunden ist.

Das Verfahren kann in einer Fluidisierungsvorrichtung, die an sich bekannt ist, durchgeführt werden, wobei ein Fluidisierungsgefäß vorgesehen ist, welches einen porösen Boden oder eine durchlässige Plattform hat, die über einer Druckkammer angeordnet ist, aus der Gas nach oben durch diesen Boden hindurchgedrückt wird, wobei dieser Boden im wesentlichen eine gleichförmige Verteilung der Strömung des Fluidisierungsgases über die ge­ samte Querschnittsfläche des Gefäßes sicherstellt. Vor­ zugsweise besteht der poröse Boden aus einer porösen Wand.

Es wurde gefunden, daß es vorteilhaft ist, eine poröse Wand zu verwenden, die verteilte kleine Poren aufweist, um das Fluidisierungsgas zu verteilen. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Poren kleiner als 60 µm. Dadurch ist ein sehr stabiles fluidisiertes Bett bei geringeren Fluidisierungsgasgeschwindigkeiten auf­ rechtzuerhalten, als es sonst möglich wäre. Die Stabilität nimmt mit der Verminderung der Porengröße zu. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Porengröße kleiner ist als 10 µm, und optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn die Poren kleiner sind als 5 µm. Die Porengrößen werden durch einen Kapillartest ermittelt.

Andere Faktoren, die für die Stabilität des fluidisierten Bettes bei einer gegebenen Gasgeschwindigkeit von Bedeutung sind, umfassen die Permeabilität der porösen Wand. Vorzugsweise sollte der Permeabilitätskoeffizient einen Wert von 6×10^-11m² nicht überschreiten. Die besten Er­ gebnisse werden erzielt, wenn der Permeabilitätskoeffizient kleiner ist als 0,25×10^-11m², und optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn der Permeabilitätskoeffizient kleiner ist als 0,05×10^-11m². Der Permeabilitätskoeffizient wird aus der Volumenströmungsrate des Gases durch die poröse Wand pro Quadratmeter Wandfläche für einen gegebenen Druckabfall durch die Wand hindurch gemäß der folgenden Gleichung bestimmt:

wobei p₀ der Permeabilitätskoeffizient ist, P₂-P₁ der Druckabfall, t die Wanddicke und µ die Viskosität des Gases.

Eine Fluidisierungsvorrichtung, in der der poröse Boden, durch den das Fluidisierungsgas in das Bett aufsteigt, eine poröse Wand ist, deren Poren kleiner als 60 µm ist, unterscheidet sich von den bekannten Vorrichtungen und führt zur Ausbildung eines stabilen fluidisierten Bettes, und zwar nicht nur bei der thermischen Behandlung von Glas durch das erfindungsgemäße Verfahren, sondern auch für andere Zwecke.

Die Fluidisierungsvorrichtung weist ein Fluidisierungsgefäß auf, welches einen porösen Boden hat, der über einer Druckkammer angeordnet ist, aus der Gas nach oben den Boden hindurch gedrückt wird, und der Boden besteht aus einer porösen Wand, deren Porengröße kleiner als 60 µm ist. Vorzugsweise sind die Poren kleiner als 10 µm, und ins­ besondere kleiner als 5 µm. Die poröse Wand hat einen Per­ meabilitätskoeffizienten unterhalb der oberen im Vorstehenden dargelegten Grenze. Vorzugsweise beträgt der Permeabilitätskoeffizient der po­ rösen Wand weniger als 0,25×10^-11m², und insbesondere ist dieser Koeffizient kleiner als 0,05×10^-11m².

Es soll nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen werden.

Fig. 1 ist eine grafische Darstellung einer charakteri­ stischen Änderung der Höhe eines fluidisierten Bettes mit Zunahme der Geschwindigkeit des Flui­ disierungsgases und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Biegen und thermischen Vorspannen von Glasscheiben, die die erfindungsgemäße Fluidisierungsvorrichtung aufweist.

In der grafischen Darstellung in Fig. 1 ist die Höhe H in Millimetern eines fluidisierten Bettes als Funktion der Geschwindigkeit V in cm/sec des Fluidisierungsgases aufgetreten. Die Betthöhe/Gasgeschwindigkeits-Kurve zeigt die Eigenschaft von fluidisierten Betten, daß mit Zunahme der Fluidisierungsgasgeschwindigkeit das anfangs kompakte Bett sich fortschreitend ausdehnt (Teil A der Kurve), bis die Fluidisierungsgasgeschwindigkeit einen bestimmten Wert erreicht. Wenn jedoch die Gasgeschwindigkeit über diesen Wert zunimmt, fällt das Bett teilweise zusammen (Teil B der Kurve). Dieses Ansteigen und Abfallen der Bettoberfläche führt zu einer Spitze, die als Expansionsspitze bezeichnet wird, in der Betthöhen-Geschwindigkeits­ kurve. Die Fluidisierungsgasgeschwindigkeit V₀, bei der die Expansionsspitze auftritt, hängt von den Eigenschaften der fluidisierten Teilchen ab. Während eines weiteren An­ stieges der Fluidisierungsgasgeschwindigkeit hört die Bett­ oberfläche auf zu fallen, und die Betthöhe stabilisiert sich. Das Bett bleibt über einem bestimmten Gasgeschwin­ digkeitsbereich etwas stabil, jedoch oberhalb dieses Be­ reiches werden fluidisierte Teilchen aus dem Bett heraus­ geführt.

Die in Fig. 2 dargestellte Anlage weist drei übereinander angeordnete Abschnitte auf: eine Heizstation 1, eine Station 2, in der die Glasscheiben gekrümmt werden, und eine Kühlstation 3. Diese drei Stationen werden durch einen Trägeraufbau 4 getragen.

Die Heizstation 1 weist einen Ofen 5 von bekannter Bauart auf. Dieser weist beispielsweise ein äußeres Gehäuse 6 auf, welches aus Eisenplatten besteht und eine innere hitzebeständige Auskleidung 7, in der Hohlräume angebracht sind, in welchen Heizelemente 8 aufgenommen werden. Die Heizelemente sind elektrische Widerstandsheizer. Im Boden des Ofens ist ein Schlitz 9 vorgesehen, durch den hindurch die Glasscheibe aus dem Ofen in die Station 2 der Anlage gelangen kann.

Die Station 2 hat einen an sich bekannten Aufbau, und es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Glasscheiben zu biegen. Diese Einrichtungen weisen einen Stempel 10 und ein Gesenk 11 auf. Das relative Zusammenführen und Aus­ einanderführen dieser Gesenke wird durch Arbeiskolben 12 und 13 gesteuert, die am Träger 4 montiert sind.

Die Kühlstation 3 weist ein Fluidisierungsgefäß 14 auf, welches auf einer Tragplatte 15 montiert ist. Diese Trag­ platte ist mit Rollen 16 ausgerüstet, die es erlauben, daß das Gefäß längs einer Schiene 17 bewegt werden kann.

Das Gefäß weist hohle Seitenwandungen auf, die einen Mantel 18 bilden, in dem ein Kühlmittel umlaufen kann. Dieses Kühlmittel tritt in den Mantel über Leitungen 19 ein und aus. Das Gefäß hat einen sich verbreiternden Mund 20, welcher ein Überfließen der fluidisierten Teilchen verhindert. Am Boden des Gefäßes ist eine poröse Wand 21 vorgesehen, unter der eine Druckgaskammer 22 angeordnet ist. Diese Kammer weist eine Einlaßleitung 23 für das Fluidisierungsgas auf. Eine Masse 24 aus flui­ disierten Teilchen ist in dem Gefäß vorhanden.

Eine Glasscheibe 25, die gekrümmt und vorgespannt werden soll, wird durch Zangen 26 eines Scheibenhalterungs- und Transportmechanismus gehalten, der Ketten 27 auf­ weist, die an einem nicht dargestellten Antriebsmotor befestigt sind. Diese Ketten erstrecken sich in den Ofen 5 durch die Öffnung 28 im oberen Teil hindurch.

Diese Anlage wird in der folgenden Weise benutzt. Eine Glasscheibe wird in die Anlage in der Höhe der Biegesta­ tion 2 eingeführt und wird dort von den Zangen 26 erfaßt. Die Scheibe wird dann in den Heizofen über die Öffnung 9 mittels des Antriebsmotors für die Kette 27 angehoben.

Die Scheibe wird auf eine hohe Temperatur durch die Wi­ derstandsheizer 8 erhitzt. Wenn die erforderliche Glas­ temperatur erreicht ist, wird die Scheibe 25 durch den Schlitz 9 in die Biegestation 2 abgesenkt. Die Formge­ senke 10 und 11 werden gegen die heiße Glasscheibe durch die Kolben 12 und 13 geschlossen, und dadurch wird die Glasscheibe in die gewünschte Krümmung gebogen. Nach dem Öffnen der Gesenke wird die nun gekrümmte Scheibe in den Kühlabschnitt abgesenkt, in dem die Nase 24 der Feststoff­ teilchen in den fluidisierten Zustand durch das Flui­ disierungsgas gebracht wurde, welches in das Gefäß 14 aus der Druckkammer 22 durch die poröse Wand 21 auf­ steigt. Die Glasscheibe 25 tritt in das fluidisierte Bett ein und wird schnell in der erforderlichen Weise abgekühlt, um das Glas vorzuspannen. Wärme wird aus dem fluidisierten Bett durch das umlaufende Kühlmittel im Mantel 18 abgeführt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungs­ gemäßen Verfahrens unter Verwendung der in Fig. 2 dar­ gestellten Anlage beschrieben.

Beispiel 1

Die Teilchen des fluidisierten Bettes 24 (Fig. 2) sind Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid. Die Teilchengröße betrug zwischen 40 und 120 µm, und die mittlere Hauptabmessung der Teilchen betrug 52 µm. Die poröse Wand 21 bestand aus gesinterter Bronze Class 03 (Class 03 = Rück­ halteschwellenwert der Wand, der bei 2 µm liegt, wobei Poral=Handelsname der Ugine Carbone, Grenoble, ist) und hatte eine Dicke von 4,7 mm. Der Permeabilitätskoeffizient dieser Wand betrug 0,4×10^-11m², und die Porengröße in dieser Wand war kleiner als 2 µm. Die Fläche des flui­ disierten Bettes betrug 54 dm². Die grafische Darstellung in Fig. 1 zeigt die Höhenänderung als Funktion der Gas­ geschwindigkeit eines fluidisierten Bettes aus Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid. Die Expansionsspitze im Fall dieses Bettes trat bei 0,48 cm/sec auf. Wenn ein derartiges Bett zur Durchführung des erfindungsgemäßen Glaskühlverfahrens verwendet wird, wird die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases oberhalb 0,48 cm/sec ge­ halten, und vorzugsweise oberhalb 0,5 cm/sec, jedoch nicht größer gemacht als 1,2×0,48=0,576 cm/sec.

Die Druckkammer 22 wurde mit Luft unter einem Druck in der Größenordnung von 8338,5 Pascal gespeist. Die Luft­ strömung, die zum Fluidisieren der Schicht aus Aluminium­ oxidteilchen verwendet wurde, betrug 10 m³/h, und dies entspricht einer Fluidisierungsgasgeschwindigkeit von etwas über 0,5 cm/sec.

Glasscheiben mit Abmessungen von 50×30 cm² und einer Dicke von 3 mm wurden nacheinander gebogen und vorgespannt. Nachdem die Glasscheiben an den Zangen 26 hingen, wurde jede Scheibe in den Ofen 5 eingeführt und dort für drei Minuten belassen. Der Ofen hatte eine mittlere Temperatur von etwa 720°C. Während dieser Zeitdauer erreichte das Glas eine Temperatur im Bereich von 700°C bis 710°C. Das Glas wurde dann in die Biegestation gebracht, wo die Scheibe durch die Gesenke 10 und 11 geformt wurde. Die Scheibe verblieb zwischen den geschlossenen Gesenken etwa eine Sekunde. Die Scheibe wurde dann mit einer Geschwin­ digkeit von 25 m/min in das fluidisierte Bett aus tri­ hydratisiertem Aluminiumoxidteilchen gebracht, wobei das Bett Umgebungstemperatur hatte. Die Glasscheibe wurde in dem fluidisierten Bett sechs Sekunden belassen. Während dieser Zeit wurde die Glasscheibe schnell gekühlt und dabei thermisch vorgespannt. Nach dem Herausnehmen der Scheibe aus dem Bett wurde sie auf Umgebungstemperatur abgekühlt.

Die Glasscheiben wurden nach dem Biegen und Vorspannen unter­ sucht und getestet, um ihre Form und ihre optische Qua­ lität zu prüfen und um ihren Vorspannungsgrad und ihre Bruch­ charakteristiken festzustellen.

Es wurde gefunden, daß die Scheiben im wesentlichen frei von Deformationen waren. Die maximale Abweichung aus der idealen Form betrug 0,9 mm, gemessen in der Mitte der längeren Scheibenkante, und 1,3 mm, gemessen in der Mitte der kürzeren Scheibenkante. Die Glasscheiben hatten eine hohe optische Qualität und waren sehr gut zur Verwendung als Kraftfahrzeugwindschutzscheiben geeignet. Die Zugspannung im Mittelteil der Scheibendicke, gemessen durch ein Mikropolariskop, betrug 68,67 N/mm².

Die Scheiben wurden gebrochen, um festzustellen, ob sie den Standardtestbedingungen genügen. Diese Testbedingungen machen erforderlich, daß die Scheibe durch den Schlag eines spitzen Hammers gegen einen Mittelabschnitt der Scheibe zerbrochen wird, wobei Bedingungen aufgestellt sind, welche die Bruchstückbildung der Scheibe festlegen. Dabei wird ein kreisförmiger Bereich von 150 mm im Durch­ messer, dessen Mitte an der Schlagstelle liegt, und ein 2 cm breiter Randbereich der Scheibe außer acht gelassen. Die Scheiben erfüllen die Standardbedingungen, wenn we­ nigstens 40 Bruchstücke per 25 cm² in den Zonen vorhanden sind, in denen die größten Bruchstücke auftreten, und wenn nicht mehr als 350 Bruchstücke pro 25 cm² in den Zonen vorhanden sind, in denen die kleinsten Bruchstücke auftreten. Die gekrümmten Glasscheiben, die erfindungs­ gemäß vorgespannt wurden, erfüllten diese Standardbedin­ gungen. Die minimale Anzahl von Fragmenten pro 50×50 mm² Zone im Bereich der größen Bruchstücke der gebrochenen Scheiben betrugen 67, und die maximale Anzahl von Bruch­ stücken pro 50×50 mm² Zone im Bereich der kleinen Bruch­ stücke betrug 156.

Glasscheiben mit Dicken von 2,8 und 2,1 mm wurden ebenfalls erfindungsgemäß entsprechend den vorstehenden Beispielen vorgespannt, wobei die Heizzeiten im Ofen 160 und 130 Sekunden betrugen. Diese Scheiben hatten ähnlich hohe Qualitäten bezüglich der Form, der optischen Eigenschaften und der Bruchcharakteristiken.

Beispiel 2

Die in Fig. 2 dargestellte Anlage wurde verwendet, um flache Scheiben mit einer Abmessung von 60×60 cm² und einer Dicke von 2,65 mm vorzuspannen, ohne daß die Biege­ station 2 verwendet wurde. Die anderen Bedingungen waren die gleichen wie im Beispiel 1. Nach einer Erhitzung der Scheiben im Ofen 5 wurden sie in das fluidisierte Bett 24 aus Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid ein­ getaucht.

Die vorgespannten Scheiben waren flach und hatten sehr gute optische Qualitäten, und ihre Bruchcharakteristiken er­ füllten die Standardtestbedingungen, die oben beschrieben wurden. Die Scheiben waren für Kraftfahrzeugfenster ge­ eignet.

Beispiel 3

Glasscheiben, die den im Beispiel 2 verwendeten entsprechen, wurden vorgespannt, wobei die gleichen Verfahrensbedingungen in dem Beispiel verwendet wurden, mit der Ausnahme, daß Wasser in das fluidisierte Bett beim Eintauchen der ver­ schiedenen Scheiben in das Bett eingeführt wurde, und die Scheiben wurden im Ofen 5 auf verschiedene Temperaturen er­ hitzt. Wenn das Kühlen unter Anwesenheit von Wasser im flui­ disierten Bett durchgeführt wurde, mußten die Scheiben im Ofen 5 nicht auf eine so hohe Temperatur vorerhitzt werden, um die gleichen Vorspannungswerte zu erreichen wie im Beispiel 2.

Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel)

Zum Vergleich wurden Glasscheiben, wie im Beispiel 1 be­ handelt, gebogen und in der gleichen Anlage unter den gleichen Bedingungen vorgespannt, mit der Ausnahme, daß die Fluidisierungsgasgeschwindigkeiten für bestimmte der Scheiben unter 0,48 cm/sec lag und für andere ober­ halb 0,6 cm/sec. Beim Arbeiten mit kleineren Gasgeschwin­ digkeiten wurde gefunden, daß die Glasscheiben in unan­ nehmbarer Weise deformiert waren. Die Vorspannungen, die in die Glasscheiben eingeführt wurden, waren nicht so hoch. Wenn mit höheren Gasgeschwindigkeiten gearbeitet wurde, erfüllten die Bruchcharakteristiken der vorgespannten Scheiben nicht die oben erwähnten Standardwerte.

Claims (14)

1. Verfahren zum Kühlen von Glas durch Einbringen des Glases in ein fluidisiertes Bett aus Teilchen unter derartigen thermischen Bedingungen, daß Wärme vom Glas auf das fluidisierte Material übertragen wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases im Bereich des 1,03- bis 1,2fachen oberhalb des Wertes gewählt wird, welcher der Expansions­ spitze in der Betthöhe-Gasgeschwindigkeits-Kurve ent­ spricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturbereich, durch welchen das Glas im Wirbelbett hindurch abgekühlt wird sowie die Abkühlgeschwindigkeit so gewählt werden, daß das Glas thermisch vorgespannt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein fluidisiertes Material verwendet wird, das aus Teilchen besteht oder Teilchen enthält, die eine endotherme Umformung dadurch durchmachen, daß sie auf eine Temperatur erhitzt werden, die niedriger ist als die Temperatur des Glases, wenn dieses in das fluidisierte Bett eintritt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen verwendet werden, die einen feinver­ teilten Rest zurücklassen, wenn sie die endotherme Umwandlung durchmachen.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der fluidisierten Teilchen aus einem Material eingesetzt wird, welches Hydroxyl-Gruppen enthält und/oder Wasser, und welches endotherm wenigstens einige dieser Gruppen und/oder Wasser bei einer Temperatur unterhalb der Eintrittstem­ peratur des Glases freigibt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als fluidisierte Teilchen ein anorganisches hydratisiertes Salz oder andere anorganische Verbindungen, die Hydroxyl-Gruppen und/oder Bindungswasser aufweisen, eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen aus Siliciumdioxid, aktiviertem Aluminiumoxid oder anderen Substanzen mit adsorbiertem oder absorbiertem Wasser eingesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein fluidisiertes Material, das vollständig oder im wesentlichen vollständig aus Teilchen im Größenbereich von 20 µm bis zu 250 µm besteht, verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid, die eine Größe zwischen 40 µm und 150 µm haben, eingesetzt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fluidisierte Teilchenbett Schwingungen geringer Amplitude ausgesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidisierungsgas in das fluidisierte Bett durch eine poröse Wand eintreten gelassen wird, deren Poren kleiner sind als 60 µm, vorzugsweise kleiner als 10 µm und insbesondere kleiner als 5 µm.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidisierungsgas in das fluidisierte Bett durch eine poröse Wand eintreten gelassen wird, deren Permeabilitätskoeffizient 6×10^-11m² nicht übersteigt, und daß dieser Koeffizient vorzugsweise kleiner ist als 0,25×10^-11m² und insbesondere kleiner als 0,05×10^-11m².

14. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Vorspannung einer Glasscheibe von nicht mehr als 3 mm Dicke.