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Verfahren zum Härten von Glasgegenständen Die Erfindung bezieht sich
auf die Herstellung von gehärteten Glasgegenständen. Gegenstand der Erfindung ist
ein Verfahren zum Härten von Glasgegenständen, besonders solchen, die eine ungleichmäßige
Dicke oder eine stark und mit ungleichmäßigem Radius gekrümmte Oberfläche aufweisen,
und weiter diese Erzeugnisse selbst.
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Wenn derartige Gegenstände nach den bisher üblichen Verfahren gehärtet
werden, d. h. durch Erhitzen und nachfolgende schroffe Abkühlung, macht es Schwierigkeiten,
mit Sicherheit zu erzielen, daß die erzeugten Spannungen in allen Teilen des Gegenstands
gleichmäßig sind. Infolgedessen kommt es, obwohl der Gegenstand auf dem größten
"feil seiner Oberfläche den zweckentsprechenden Härtungsgrad aufweisen kann, vor,
daß stellenweise erheblich stärkere Spannungen vorhanden sind, die ein plötzliches
Springen des Ganzen herbeiführen oder die Verw#.endungsmöglichkeiten eines solchen
Erzeugnisses einschränken können.
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Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß nach dem üblichen
Erhitzen und Abschrecken des Gegenstandes dieser auf eine Temperatur gebracht und
so lange auf dieser gehalten wird, bis die unzulässigen örtlichen Höchstspannungen,
die in dem Erzeugnis vorhanden sind, auf den gewünschten Grad sich verringert haben.
Zu diesem Zwecke kann der Gegenstand nach dem Abschrecken, -zweckmäßig bevor er
ganz abgekühlt ist, in ein beheiztes Behältnis, wie einen Ofen oder einen Tunnel,
überführt und die erforderliche Zeit darin belassen werden.
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Wenn das Glas auf eine Temperatur gebracht wird, bei welcher ein Spannungsausgleich
möglich ist, hängt der Grad dieses Ausgleiches an jedem Punkt von der Größe der
Spannung an diesem Punkte und von der Dauer der Wärmeeinwirkung ab. Für jeden
gegebenen
Grad der Spannung im Glase läßt sich eine Temperatur ermitteln, bei welcher innerhalb
eines bestimmten Zeitraumes zwar ein Nachlassen der -Spannungen erfolgt, jedoch
in so geringem Grade, daß es praktisch vernachlässigt werden kann, während sich
im Glase etwa vorhandene stärkere Spannungen in erheblich höherem Maße verringern
und sich dem gegebenen Grad der Spannung angleichen, so daß der endgültige Härtungszustand
des Gegenstandes gleichmäßiger wird, ohne daß zur Erzielung dieses Erfolges die
Spannungen auf dem größten Teile des Ganzen in merklichem Grade verringert worden
wären.
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Will man die Vergleichmäßigung der Spannungen mit einem Höchstgrade
an Sicherheit herbeiführen, und !es ist nicht unumgänglich notwendig, eine gleichmäßige
Spannung von einem möglichst hohen Wert zu erhalten, so wird die Temperatur oder
besser noch die Erhitzungsdauer- nach dem Abschrecken so weit gesteigert, daß eine
leichte Verringerung der Mindestspannung und infolgedessen der gleichmäßigen Spannung
hervorgerufen wird, andererseits aber proportional eine größere Verringerung der
höheren Spannungen, Die Temperatur, auf die erhitzt wird, ist so bemessen, daß das
Glas im allgemeinen als starr anzusehen ist, denn sie liegt unterhalb der Entspannungstemperatur.
Jedoch gibt das Glas unter dem Einfluß der vorhandenen Spannungen infolge der durch
die Erhitzung schon hervorgerufenen geringfügigen Plastizität nach. Es ist praktisch
unmöglich, zahlenmäßig Temperaturen und geeignete Behandlungsdauern für die Durchführung
des Verfahrens anzugeben, weil diese von sehr verschiedenen Bedingungen, wie der
Zusammensetzung des Glases und dem Wert der Spannungen selbst, abhängen. Ein geeigneter
Wert für diese Temperatur und für die Behandlungsdauer kann nur durch den Versuch
bestimmt werden, .etwa folgendermaßen Nach dem Härten wird der Gegenstand zerschlagen,
und es werden die Abmessungen der Bruchstücke nachgeprüft. Beispielsweise ergeben
sich bei einem Gegenstand aus gewöhnlichem N atrium-Calcium-Glas mit einer Wandstärke
von 16 mm, wenn er in erhöhtem Grade gehärtet worden ist, sehr kleine Bruchstücke
in der Größenordnung von o,8 qcm.
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Die in gleicher Weise gehärteten Gegenstände werden dann auf eine
solche Temperatur und für eine so lange Zeitspanne erhitzt, die man zunächst als
geeignet annimmt, beispielsweise in dem vorerwähnten Falle 12 Stunden lang auf eine
Temperatur von 3So' C. Ein oder mehrere Exemplare der so behandelten Gegenstände
werden anschließend der bekannten Prüfung auf plötzliche thermische Beanspruchung
unterwarfen, die darin besteht, daß der Gegenstand auf eine erhöhte Temperatur erhitzt
und dann in kaltes Wasser eingetaucht wird. Beispielsweise werden die obenerwähnten
Gegenstände auf eine Temperatur erwärmt, die 130- über der des kalten Wassers liegt.
Einer oder mehrere weitere der dieser Behandlung unterzogenen Gegenstände werden
zerschlagen und die Abmessungen der BruQhstücke nachgeprüft.
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Wenn die Abmessungen der Bruchstücke der Gegenstände wesentlich größer
sind als die, die vor der Behandlung erhalten wurden, beispielsweise jetzt i,6 qcm,
so ergibt sich hieraus, daß die Maximalspannungen in wirksamer Weise verringert
worden sind. Wenn alle Gegenstände den thermischen Beanspruchungsversuch überstanden
-haben, kann angenommen werden, daß die der Härtung folgende Wärmebehandlung richtig
ist.
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Wenn jedoch die Abmessungen der Bruchstücke nicht nur etwas, sondern
so wesentlich größer sind, daß sich Stücke von etwa 25 mm Länge ergeben, so ist
dies ein Zeichen dafür, daß die Erhitzung eine zu intensive war. Die Gegenstände
neigen dann auch dazu, bei dem Temperaturbeanspruchungsversuch zu springen, weil
die Härtung ungenügend ist. In diesem Falle wird man die Dauer der Erhitzung oder
die Temperatur, auf die erhitzt wird, oder beide dieser Merkmale verringern, und
die Versuche werden wiederholt.
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Es ist noch hinzuzufügen, daß die Wärmebehandlung auch dann als ungenügend
anzusehen ist, wenn die Abmessungen der Bruchstücke zwar nur etwas größer sind als
die der nicht behandelten Gegenstände, aber einige der Gegenstände bei der thermischen
Beanspruchungsprüfung springen.
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Um das günstigste mögliche Ergebnis zu erzielen, ist bei dem Versuch
besonderes Gewicht der Wärmebeanspruchungsprüfung zuzumessen und die Art der Erhitzung
der gehärteten Gegenstände so lange zu variieren, bis schließlich alle Gegenstände
die thermische Beanspruchungsprüfung aushalten und sich eine Größe der Bruchstücke
ergibt, die größer ist als die des nicht behandelten Gegenstandes.
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Die thermische Beanspruchungsprüfung kann ersetzt oder ergänzt werden
durch die bekannte mechanische Stoßprüfung, die darin besteht, daß man eine Stahlkugel
auf den Gegenstand von einer allmählich wachsenden Höhe aus fallen läßt.
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Der Temperaturabfall, mit dem bei der thermischen Beanspruchungsprüfung
gearbeitet
wird, hängt von der Wandstärke und der Form des Gegenstandes
ab, und der Höchstwert dieses Temperaturintervalls kann für jeden gegebenen Gegenstand
ebenfalls nui durch einen Versuch festgelegt werden.
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Um die Unterschiede zu berücksichtigeh''I welche gewöhnlich bei einer
industriellen Massenherstellung in den Glasgegenständen auftreten, wird für die
thermische Beanspruchungsprüfung eine Temperatur gewählt. die niedriger liegt als
das Maximum, das durch die Versuche gegeben ist, und es erfolgt ferner die Erhitzung,
welche Gegenstand der Erfindung ist, bis auf eine Temperatur, die höher liegt als
die, welche gerade dem durch die Versuche ermittelten günstigsteil Werte entspricht.
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Die für die Verringerung der Maximalspannungen in einem gegebenen
Grade erforderliche Erhitzungsdauer schwankt je nacb der angewendeten Temperatur
in ziemlich weiten Grenzen. So ergibt sich bei Natrium-Calcium-Glas und unter den
Verhältnissen des schon erwähnten Beispiels das gleiche Ergebnis, wenn bei ¢8o"
gearbeitet wird, schon in einer halben Stunde.
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Wie bereits ausgeführt wurde, ist die Erfindung insbesondere auf Gegenstände
von ungleichmäßiger Wandstärke anwendbar ; denn besonders bei diesen Gegenständen
ergibt die Härtung, wenn sie in der üblichen Weise lediglich durch Erhitzen und
anschlie-I3ende schroffe Abkühlung ausgeübt wird, an gewissen Stellen zu hohe Spannungen.
Es ist aber selbstverständlich, daß die Erfindung auch auf Gegenstände von gleichmäßiger
Dicke und gleichmäßiger Form anwendbar ist, wie beispielsweise auf Glasplatten,
bei welchen aus dem einen oder anderen Grunde der einfache Härtungsvorgang nicht
gleichmäßige Spannungen hervorgerufen hat und die infolgedessen an verschiedenen
Stellen einen zu hohen Härtungsgrad aufweisen.