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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Stützpfeilern,
die verwendet werden, um zwei Glastafeln einer evakuierte Glasscheibe
in einer beabstandeten Beziehung zu halten. Die Erfindung findet
Anwendung bei der Vakuumverglasung und ist hierin nachfolgend in
diesem Kontext beschrieben. Das Dokument
WO-A-96/12 862 offenbart
ein Verfahren zur Produktion von Stützpfeilern zur Verwendung bei
der Herstellung von evakuierten Glasscheiben.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
Vakuumverglasung umfasst typischerweise zwei gegenüberliegende
ebene Tafeln aus Glas, die miteinander verbunden sind und um ihre Randkanten
herum hermetisch abgedichtet sind. Die Glastafeln sind durch einen
evakuierten Raum getrennt und die Trennung ist durch eine Anordnung von
Stützpfeilern
gegen den Atmosphärendruck
aufrechterhalten. Die Pfeiler sind typischerweise 0,1 bis 0,2 mm
hoch und weisen seitliche Abmessungen in der Größenordnung von 0,2 bis 0,5
mm auf. Auch sind die Pfeiler in der Anordnung mit einer Beabstandung
zwischen benachbarten Pfeilern in der Größenordnung von 20 bis 30 mm
verteilt.
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Die
Form und die Abmessungen der Stützpfeiler
sind wichtig. Zum Beispiel sollten die beiden tragenden Flächen eines
jeden Pfeilers glatt und exakt parallel sein, während alle Pfeiler im Wesentlichen
dieselbe Höhe innerhalb
enger Toleranzen, typischerweise in der Größenordnung von ± 2 μm, besitzen
müssen.
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Während der
Fertigung der Vakuumverglasung werden die Pfeiler auf der oberen
Fläche
einer der Glastafeln angeordnet, und während dieses Anordnungsschrittes
ist es wichtig, dass jeder Pfeiler auf einer seiner tragenden Flächen stehen
sollte. Wenn die Pfeiler nicht korrekt orientiert sind, werden sie
eine ungeeignete Höhe
besitzen. Zum Beispiel werden im Fall von Pfeilern in der Form von
rechteckigen Prismen nicht korrekt orientierte Pfeiler Höhen besitzen,
die größer sind
als die der umgebenden Pfeiler und dies wird zu einer übermäßigen Spannung
in und zu einer örtlich
begrenzten Beschädigung
der Glastafeln führen,
wenn der Raum zwischen den Tafeln evakuiert wird.
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Es
wurden verschiedene Verfahren zur Fertigung der Stützpfeiler
beschrieben.
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Die
Pfeiler können
aus Glaslot, einem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt mit einem Ausdehnungskoeffizienten,
der annähernd
dem der Glastafel entspricht, bestehen. Das Glaslot wird als ein
Pulver, eine Aufschlämmung
oder als Vorformlinge auf eine der Glastafeln aufgebracht. Während des
Hochtemperaturschrittes, der verwendet wird, um die Kantendichtung
zu formen, schmilzt das Glaslot und wird mit den Glastafeln verschmolzen.
Dann wird das Glaslot beim Abkühlen
fest, um die Stützpfeiler
zu formen.
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Es
wurden auch Verbundpfeiler beschrieben. Jeder dieser Pfeiler besteht
aus einem nicht schmelzenden Kern, der von Glaslot umgeben ist.
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Auch
Metallpfeiler wurden bei der Vakuumverglasung verwendet. Metallpfeiler
sind typischerweise aus einem Blechmaterial unter Verwendung einer
doppelseitigen Photolithographie und eines chemischen oder elektrolytischen Ätzens gebildet.
Solch ein Verfahren führt
zur Bildung eines Pfeilers mit einer Kantenform, die bewirkt, dass
er automatisch auf einer seiner tragenden Flächen steht, wenn er auf der stützenden
Glastafel angeordnet ist.
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Es
wurden auch zylindrische Metallpfeiler durch Stanzen hergestellt.
Allerdings ist es mit diesem Fertigungsverfahren auf Grund der maßlichen Eigenschaften
des Stanzwerkzeugs schwierig, eine glatte Oberfläche auf der Fläche des
Pfeilers zu erzielen, die während
des Stanzvorganges zusammengepresst wird. Üblicherweise ist daher für solche Pfeiler
eine Behandlung nach dem Stanzen erforderlich, um einen Grat von
der zusammengepressten Oberfläche
zu entfernen. Ein weiterer Nachteil von gestanzten Pfeilern besteht
darin, dass sie während des
Positionierens auf der Verglasung auf einer ihrer Seiten liegen
können
und möglicherweise
nicht auf ihren tragenden Flächen
stehen.
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Es
wurde festgestellt, dass in einigen evakuierten Verglasungsausführungen
kleine Risse in den Glastafeln in der Nähe der Punkte auftreten, an
denen die Pfeiler die Tafeln berühren.
Diese entstehen auf Grund von Scherkräften, die zwischen den Pfeilern
und den Glastafeln auf Grund der relativen Bewegung der Glastafeln
entwickelt werden. Die Risse können
vermieden werden, wenn die Enden der Pfeiler mit einem weichen Material
beschichtet sind, das sich unter einer relativen Bewegung der Glastafeln verformen
kann.
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Es
hat sich als schwierig erwiesen, das Ätzverfahren zu verwenden, um
Verbundpfeiler herzustellen, die mit einem Kern aus einem mechanisch hochfesten
Metall und weichen Endkappen geformt sind. Dies deshalb, da es kein Ätzmittel
gibt, das mit den ungleichen Materialien des Kerns und der Endkappen
kompatibel ist.
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Auch
Stanzen ist zur Herstellung solch eines Pfeilers nicht geeignet,
da das weiche Metall auf der zusammengepressten Oberfläche des
Pfeilers zu einem noch größeren Grat
führt,
als es auf gestanzten Pfeilern ohne weiche Endkappen der Fall ist.
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Es
wurden auch keramische Materialien zur Verwendung bei der Herstellung
von Pfeilern zur Verwendung bei der Vakuumverglasung eingesetzt.
Einzelne Pfeiler werden mithilfe einer Diamantsäge aus einer Keramiktafel geschnitten
und dieses Verfahren wäre
im Prinzip geeignet, um Verbundpfeiler mit einem hochfesten Keramikkern
und weichen Endkappen herzustellen. Allerdings besteht ein Nachteil
dieses Verfahrens darin, dass die Pfeiler in der Form von rechteckigen
Prismen geschnitten werden und einzelne Pfeiler daher während des
Anordnungsschrittes auf ihren Seiten liegen können. Ferner sind die mit diesem
Verfahren hergestellten Pfeiler wegen der langsamen Geschwindigkeit
des Diamantsägevorgangs
kostspielig.
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Die
vorliegende Erfindung versucht ein Verfahren zur Herstellung von
Stützpfeilern
bereitzustellen, das die oben erwähnten Probleme der Verfahren nach
dem Stand der Technik vermeidet oder verringert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Im
weiten Sinn sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung
von Stützpfeilern zur
Verwendung bei der Herstellung evakuierter Glasscheiben vor, das
die Schritte umfasst, dass:
- (a) in gegenüberliegenden
Flächen
eines Metallrohlings Paare von ausgerichteten, sich linear erstreckenden
Einkerbungen geformt und infolgedessen Schwachstellengebiete erzeugt
werden, die sich zwischen Mulden der jeweiligen Paare von Einkerbungen
erstrecken, und
- (b) einzelne der Stützpfeiler
von dem Metallrohling an den jeweiligen Schwachstellengebieten abgetrennt
werden.
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Bevorzugte Merkmale der Erfindung
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Die
Einkerbungen können
mit einem Werkzeug geformt werden, das zwei schräg gestellte Schneidflächen besitzt,
sodass eine linear verlaufende V-förmige Einkerbung
erzeugt wird. Die Schneidflächen
des Werkzeugs können
symmetrisch oder asymmetrisch schräg gestellt sein. Allerdings
ist das Einkerbwerkzeug bevorzugt mit einer vertikalen Schneidfläche und
einer schräg
gestellten Scheidfläche
versehen, sodass zwei Werkzeuge in Bezug auf ihre vertikalen Flächen ausgerichtet
werden können.
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Es
hat sich herausgestellt, dass, selbst wenn das Einkerbwerkzeug mit
einer vertikalen Schneidfläche
und einer schräg
gestellten Schneidfläche
geformt ist und infolgedessen asymmetrische Einkerbungen in den
Flächen
des Metallrohlings geformt sind, wenn die Stützpfeiler von dem Metallrohling
abgetrennt werden, diese abgeschrägte umlaufende Kanten besitzen,
die verhindern, dass die Stützpfeiler auf
ihren Seiten liegen, wenn sie auf einer unterstützenden Glastafel angeordnet
sind.
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Die
Einkerbungen können
bis zu einer Tiefe geformt werden, die gerade ausreichend ist, um
zu ermöglichen,
dass die einzelnen Stützpfeiler
von dem Metallrohling weggebrochen werden können. Alternativ, als das ande re
Extrem, können
die Einkerbungen bis zu einer Tiefe geformt werden, die, infolgedessen,
dass eine sehr kleine Menge an Material im Schwachstellengebiet
zwischen dem jeweiligen Paar von Einkerbungen zurückbleibt,
automatisch dazu führt,
dass sich die einzelnen Stützpfeiler
von dem Metallrohling abtrennen. Allerdings werden die Einkerbungen
in beiden Fällen
nicht bis zu einer solchen Tiefe geformt, die eine Konvergenz der
(entgegengesetzten) Einkerbungen eines jeden Paares bewirken würde. Um
eine Konvergenz der entgegengesetzten Einkerbungen eines jeden Paares
zu bewirken, wäre
es notwendig, dass entgegengesetzte Einkerbwerkzeuge aufeinandertreffen,
wobei die Möglichkeit
besteht, dass sie aufeinanderprallen und Schaden nehmen, ein Ergebnis,
das eindeutig nicht erwünscht
ist.
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Der
Metallrohling kann eine beliebige Anzahl an Ausgestaltungen besitzen.
Zum Beispiel kann er in der Form eines/r Metallstreifens, -platte
oder -drahtes vorliegen. Wenn der Metallrohling eine Breite besitzt,
die größer ist
als die gewünschte
Breite der Stützpfeiler,
wird der Metallrohling mit orthogonalen Paaren von ausgerichteten,
sich linear erstreckenden Einkerbungen eingekerbt.
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Wenn
der Metallrohling in der Form eines zylindrischen Drahtes vorliegt,
wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung ferner den Schritt
umfassen, dass der Metallrohling zu einem Streifen gewalzt wird,
der die gewünschte
Dicke der Stützpfeiler
besitzt. Der Walzschritt kann gleichzeitig mit der Formung der Einkerbungen
ausgeführt
werden oder kann als ein separater Schritt vor der Formung der Einkerbungen
ausgeführt
werden.
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Die
Stützpfeiler
können
Verbundstrukturen besitzen, wobei das Verfahren der vorliegenden
Erfindung in diesem Fall ferner den Schritt umfassen wird, dass
vor dem Formen der Einkerbungen eine Beschichtung auf zu mindest
einer Fläche
des Metallrohlings geformt wird. Danach werden die Einkerbungen
bevorzugt auf eine Weise geformt, um sicherzustellen, dass sie sich
durch die Beschichtung und in das Substrat des Metallrohlings erstrecken.
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Die
Beschichtung wird bevorzugt aus einem relativ weichen Material geformt,
während
das Substrat aus einem Material geformt wird, das eine hohe Druckfestigkeit
besitzt.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst am stärksten bevorzugt
die Schritte, dass Beschichtungen auf beiden der entgegengesetzten Flächen des
Substrats geformt werden.
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Die
Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Verfahren
zum Formen der Stützpfeiler
besser verständlich.
Die Beschreibung ist unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
vorgesehen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen veranschaulichen/zeigt:
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1(a) bis (f) ein erstes Verfahren zur
Herstellung von Stützpfeilern,
das die vorliegende Erfindung zum Ausdruck bringt;
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2 eine
vergrößerte perspektivische
Darstellung eines Stützpfeilers,
der mithilfe des durch die 1(a) bis
(f) veranschaulichten Verfahrens hergestellt ist;
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3(a) und (b) das in den 1(a) bis
(f) gezeigte Verfahren zur Herstellung von Stützpfeilern, allerdings auf
ein Metallblech ange wendet, das auf entgegengesetzten Seiten mit
einem Beschichtungsmaterial plattiert ist;
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4(a) bis (d) ein zweites Verfahren zur Herstellung
von Stützpfeilern,
das die vorliegende Erfindung zum Ausdruck bringt;
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5 ein
Verfahren zum Plattieren eines Substrats, um einen Metallrohling
zu formen, der bei der Formung von Pfeilern durch das in den 4(a) bis (d) veranschaulichte Verfahren
verwendet werden soll;
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6 ein
zweites Verfahren zum Plattieren eines Substrats, um einen Metallrohling
zu formen, der bei der Formung von Pfeilern durch das in den 4(a) bis (d) veranschaulichte Verfahren
verwendet werden soll;
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7(a) und (b) ein Verfahren zur Herstellung
von Stützpfeilern
auf eine alternative Weise gegenüber
dem in den 1(a) bis (f) veranschaulichten;
und
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8(a) und (b) ein Verfahren zur Herstellung
von Stützpfeilern
auf eine weitere alternative Weise gegenüber dem in den 1(a) bis
(f) veranschaulichten.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Wie
in 1 gezeigt, wird ein Metallrohling 10 in
der Form eines Metallblechs als Ausgangsmaterial verwendet. Das
Blech besitzt eine Dicke, die der erforderlichen Dicke der Stützpfeiler
entspricht, die aus dem Blech geformt werden sollen.
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Paare
von ausgerichteten, sich linear erstreckenden Einkerbungen 13 und 14 werden
in entgegengesetzten Flächen 15 und 16 des
Metallrohlings 10 geformt. Die Einkerbungen 13 und 14 eines
jeden Paares erstrecken sich parallel zueinander und linear über die
Breite des Metallrohlings 10.
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Nach
dem Formen mehrerer Paare der Einkerbungen 13 und 14 über die
Breite des Metallrohlings 10 werden weitere Paare von sich
orthogonal erstreckenden Einkerbungen 17 und 18 auf
eine ähnliche
Weise geformt, um sich linear in Richtung der Länge des Metallrohlings 10 zu
erstrecken.
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Einkerbwerkzeuge
(oder Klingen) 19 und 20 werden verwendet, um
die Einkerbungen 13, 14 und 17, 18 zu
formen. Jedes der Werkzeuge besitzt eine vertikale Schneidfläche 21 und
eine schräg
gestellte Schneidfläche 22 und
die Werkzeuge werden in die entgegengesetzten Flächen des Metallrohlings gezwungen,
wie in 1(b) gezeigt, um die sich linear erstreckenden
Einkerbungen zu erzeugen, wie in 1(c) gezeigt.
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Als
eine Folge der Formung der Einkerbungen werden Gebiete 23 von
Schwachstellen erzeugt, die sich durch Mulden (24) der
jeweiligen Paare von Einkerbungen 13 und 14 oder 17 und 18 erstrecken. Auch
wird, während
die Einkerbungen in die entgegengesetzten Flächen des Metallrohlings gezwungen
werden, eine gekrümmte
Wand 25 auf einer Seite einer jeden Einkerbung erzeugt,
und eine Wand 26 mit abgeschrägter Kante wird auf der anderen
Seite einer jeden Einkerbung erzeugt. Somit wird eine asymmetrische
V-förmige
Einkerbung erzeugt.
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Wenn
die zweite Reihe von Einkerbungen 17 und 18 geformt
wird, kann der Metallrohling 10 um 90° gedreht werden und wieder zwischen
denselben Einkerbwerkzeugen 19 und 20 eingesetzt
werden, die zum Formen der ersten Reihe von Einkerbungen 13 und 14 verwendet
werden. Das resultierende (Zwischen-)Produkt ist in 1(d) gezeigt
und weist eine Anzahl von rechteckigen Abschnitten auf, die durch
die sich orthogonal erstreckenden Einkerbungen getrennt sind.
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Dann
wird ein Streifen 27 der rechteckigen Abschnitte von dem
Metallrohling 10 weggebrochen, indem er entlang des Schwachstellengebietes 23, das
sich durch die Mulden 24 der jeweiligen Paare von Einkerbungen
erstreckt, abgetrennt wird. Als letzter Schritt werden einzelne
Stützpfeiler 28 von dem
Streifen 27 weggebrochen, wie in 1(f) gezeigt,
wiederum, indem der Stützpfeiler
entlang des Schwachstellengebietes 23 abgetrennt wird.
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Wie
in 1(f) und deutlicher in 2 gezeigt,
besitzt jeder entstandene Stützpfeiler
Randkanten 23 (die den jeweiligen Schwachstellengebieten
entsprechen), welche Querschnittsflächen aufweisen, die sehr klein
in Bezug auf die Querschnittsflächen
der oberen und unteren (tragenden) Flächen 29 und 30 des
Pfeilers sind. Dies stellt in Verbindung mit den gekrümmten und
abgeschrägten Wandabschnitten 25 und 26 sicher,
dass die Pfeiler auf einer oder der anderen der tragenden Flächen 29 oder 30 ruhen
werden.
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In
der zweiten Ausführungsform
der Erfindung, wie in den 3(a) und
(b) veranschaulicht, umfasst ein Metallrohling 31 ein Metallblech 10,
das auf seinen entgegengesetzten Seiten mit einem Plattierungsmaterial 32 plattiert
ist, das weich in Bezug auf das Material ist, aus dem das Metallblech 10 geformt
ist. Das Metallblech 10 besteht aus einem Material mit
einer Druckfestigkeit, die ausreichend ist, um der Druckkraft standzuhalten,
die durch die beabstandeten Glastafeln unter den zuvor beschriebenen Bedingungen
ausgeübt
wird.
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Der
plattierte Metallrohling 31 der 3(a) und
(b) ist auf dieselbe Weise wie unter Bezugnahme auf die 1(a) bis (f) beschrieben mit Einkerbungen 33 und 34 geformt,
es ist jedoch darauf zu achten, dass sichergestellt wird, dass sich
die Einkerbungen 33 und 34 durch das Plattierungsmaterial 32 erstrecken
und in das Substratmaterial 10 reichen. Dies ist notwendig,
um ein Schwachstellengebiet 35 innerhalb des Substratmetalls 10 zwischen
den Mulden der jeweiligen Paare von Einkerbungen 33 und 34 zu erzeugen.
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Als
eine Alternative zu der Verwendung des Metallblechs 10 als
Ausgangsmaterial können
die Stützpfeiler
aus einem Draht, wie in den 4(a) bis (d)
der Zeichnungen gezeigt, geformt werden. In diesem Fall wird ein
Draht 36, der eine hohe Druckfestigkeit in einer radialen
Richtung besitzt, gewalzt, um einen streifenförmigen Metallrohling 37 zu
formen, der eine Nebenachsendicke besitzt, die der erforderlichen
Dicke der Pfeiler entspricht. Eine einzige Reihe von parallelen
Einkerbungen wird in dem Metallrohling 37 geformt, wobei
jeweilige Paare von sich linear erstreckenden Einkerbungen 38 und 39 in
entgegengesetzten Flächen 40 und 41 des
Metallrohlings geformt werden. Die Einkerbungen 38 und 39 können auf
dieselbe Weise wie die Einkerbungen 13 und 14 in
der in 1(c) gezeigten Anordnung geformt
werden. Danach können
einzelne Pfeiler 42 auf die oben beschriebene Weise von
dem Metallrohling abgetrennt werden.
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Die 5 und 6 zeigen
alternative Verfahren zum Plattieren des streifenförmigen Metallrohlings 37 der 4(a) bis (d) mit einem relativ weichen Plattierungsmaterial,
um so einen Verbund-Metallrohling herzustellen, der dem in 3(a) ähnlich
ist. In 5 wird das Plattierungsmaterial 43 als
eine Hülse
aufgebracht, die das Substrat des Metallrohlings umgibt, wäh rend in 6 das
Plattierungsmaterial als Laminate auf entgegengesetzte Flächen des
Substrats geklebt wird, das den Metallrohling bildet.
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Die 7(a) und (b) und die 8(a) und
(b) veranschaulichen weitere Verfahren zum Formen der Stützpfeiler.
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Das
Verfahren, das in den 7(a) und (b) veranschaulicht
ist, unterscheidet sich nur geringfügig von dem, das oben stehend
unter Bezugnahme auf die 1(a) bis
(f) beschrieben wurde. Ein erstes Paar von Einkerbungsklingen 45 wird
verwendet, um lineare Einkerbungen zu erzeugen, die aufeinander folgende
Streifen 46 definieren, welche von einem Metallrohling 47 abgetrennt
werden, und ein zweites Paar von Einkerbungsklingen 48 wird
verwendet, um die Einkerbungen zu erzeugen, die das Abtrennen einzelner
Pfeiler 49 von dem Streifen 46 zulassen. Die Klingen
werden in den durch die Pfeile 50 und 51 angezeigten
Richtungen betätigt
und die Klingen werden ausreichend nahe zueinander bewegt, um nur
eine sehr kleine Menge an Metall in dem Schwachstellengebiet 54 zwischen
den entgegengesetzten Einkerbungen eines jeden Paares von Einkerbungen
zurückzulassen.
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Das
alternative Verfahren, wie in den 8(a) und
(b) veranschaulicht, ist in gewisser Weise ähnlich dem in den 7(a) und (b) gezeigten, mit der Ausnahme,
dass ein erstes Paar von Einkerbungsklingen 52 in der Form
von Einkerbungsscheiben vorgesehen ist, zwischen denen der Metallrohling 47 in
der durch den Pfeil 53 angezeigten Richtung bewegt wird.
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Weitere Änderungen
und Abwandlungen können
in den oben beschriebenen Verfahren zur Ausführung der Erfindung innerhalb
des Umfangs der Erfindung vorgenommen werden, der in den beiliegenden
Ansprüchen
definiert ist.