DE69311843T2

DE69311843T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Biegen und Härten von Glasscheiben

Info

Publication number: DE69311843T2
Application number: DE69311843T
Authority: DE
Inventors: Juha Paavola; Jukka Heikki Vehmas
Original assignee: Tamglass Engineering Oy
Current assignee: Tamglass Oy
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2013-04-29
Also published as: EP0568053B1; FI921964A; FI91244B; EP0568053A1; FI91244C; DE69311843D1; JP3537842B2; JPH0797227A; US5306324A; FI921964A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen und Härten einer Glasscheibe, wobei eine auf einer Ringform abgestützte Glasscheibe auf die Erweichungstemperatur in wenigstens einem Vorwärmbereich erwärmt wird, sich die Glasscheibe durch Schwerkraft biegt und die gebogene Glasscheibe weiter zum Härten befördert wird.
Die Erfindung betrifft des weiteren eine Vorrichtung zum Biegen und Härten einer Glasscheibe, wobei die Vorrichtung umfaßt: eine Ringform zum Abstützen einer Glasscheibe in verschiedenen Arbeitsstellungen, wenigstens einen Vorwärmbereich, einen Biegebereich und einen Abschreckbereich.
Die Erfindung ist insbesondere zum Biegen relativ einfacher Glasformen geeignet, welche durch Schwerkraft unter Verwendung einer Ringform gebogen werden können. Die meisten Seitenscheiben und Rücklichter von Kraftfahrzeugen sind von solch einfacher Form oder Gestalt, daß sie, unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung, gebogen werden können. Für im Prinzip den gleichen Zweck ist ein früheres Verfahren bekannt, wobei ein Stück eines hemothermalen Glases auf eine Ringform fallengelassen wird und ein Stück des Glases die geeignete Form aufgrund der Massekraft und der Form der Ringform einnimmt. Dieses frühere bekannte Verfahren bietet den Vorteil hoher Kapazität und Zuverlässigkeit, die Nachteile umfassen jedoch einen hohen Preis, sehr lange Formenaustauschdauer (4 bis 5 Stunden), Fehler, die durch das Fallenlassen an den Glasgrenzflächen bewirkt werden, und der hohe Preis der Werkzeuge, die für die einzelnen Glasstücke notwendig sind.
Auf der anderen Seite gibt es bekannte einzelne Öfen, die nach dem Ringformprinzip betrieben werden, wobei das Glas nur von oben erwärmt wird und sich in seine Form oder Gestalt biegt, wobei die Biegetiefe durch Einstellen des Heizzeitraumes bestimmt wird (vgl. z.B. EP-A-0 132 701). Einen Vorteil, der durch einen einfachen Ofen bereitgestellt wird, ist eine einfache Konstruktion und ein niedriger Preis, es gibt jedoch auch einige Nachteile, umfassen eine geringe Kapazität, eine relativ hohe minimale Dicke (typischerweise 5 mm, manchmal 4 mm), einfache Biegeformen und eine mäßig gute Biegegenauigkeit (da die Biegetiefe nur durch die Heizdauer gesteuert wird).
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und Vorrichtung bereitzustellen, die folgenden Vorteile bereitstellen:
- ökonomischen Preis im Hinblick auf die Kapazität
- eine erreichbare Glasdicke, welche im wesentlichen unter 4 mm, typischerweise bei einer minimalen Dicke von 3,2 mm oder darunter liegt,
- kompakte Abmessung der Vorrichtung
- niedrige Werkzeugkosten (nur vier Ringformen sind notwendig für ein Glasmuster)
- eine kurze Glasmusteraustauschdauer (typischerweise weniger als 0,5 Stunden).
Die Aufgabe der Erfindung wird durch daß Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Vorrichtung gemäß Anspruch 8 erzielt.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden im Detail unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, wobei:
Fig. 1 schematisch in Längsrichtung einen vertikalen Bereich durch einen erfindungsgemäßen Ofen darstellt und
Fig. 2 schematisch der Länge nach einen horizontalen Bereich durch den gleichen Ofen darstellt.
Fig. 3 zeigt im Detail einen Biegebereich 8.
In einem Ladebereich 1 wird eine zu biegende Glasscheibe auf eine Ringform 3 gelegt. Die Ringform 3 wird auf einem Wagen 2 entlang einer unteren horizontalen Bahn 4 in einen Vorwärmbereich 5 befördert, welcher mit Widerständen 7 zum Erwärmen einer Glasscheibe von oben durch die Anwendung von Strahlungswärme ausgestattet ist. Anschließend wird der Wagen 2 zusammen mit der Form 3 und der Glasscheibe nach oben in einen Vorwärmbereich 6 verschoben und mittels eines Liftes in den Vorwärmbereich 6 angehoben, in welchem das Erwärmen mittels Widerständen 7 fortgesetzt wird. Wie bekannt ist, kann das Vorwärmen mit einer relativ schnellen Geschwindigkeit bewirkt werden, da Wärme wirkungsvoll auf das kalte Glas übertragen wird. Beim Vorwärmen erreicht eine Glasscheibe typischerweise eine Temperatur von ungefähr 500ºC. Die Endtemperatur des Vorwärmens kann natürlich auf die ein oder andere Weise schwanken. Das vorgewärmte Glas wird zusammen mit der Ringform 3 in einen Biegebereich 8 befördert, welcher zum gleichen Zeitpunkt als eine wirkungsvolle Wärmekammer mit einer Temperatur von ungefähr 900ºC dient. Die Temperatur der Erwärmungs- und Biegekammer 8 kann typischerweise innerhalb des Bereichs von 800 bis 1000ºC schwanken. Die Kammer 8 ist mit wirkungsvollen Widerständen 9 zum so schnellen Erwärmen einer Glasscheibe ausgestattet, daß ein Stück 4 mm dickes Glas von 500ºC innerhalb von ungefähr 15 bis 20 Sekunden bis zu einer Härtetemperatur von 600 bis 600ºC, typischerweise 615 bis 620ºC erwärmt wird. Während dieses schnellen Erwärmens wird dem Glas gleichzeitig gestattet, sich zu biegen. Daher liegt die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit, z.B. bei 4 mm dickem Glas, vorzugsweise bei ungefähr 6 bis 8ºC je Sekunde, das heißt, im allgemeinen zwischen 24 bis 22ºC/mm/s. Um den Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu erzielen, sollte die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit wenigstens 15ºC/mm/s betragen.
Die Glastemperatur wird mittels eines Pyrometers überwacht und/oder die Durchbiegung mittels einer optischen Apomecometervorrichtung 10. Daher ist die Wärmeisolierung der Ofendekke mit einem Beobachtungsfenster 11 versehen. Wenn der Pyrometer und/oder die Durchbiegungsmeßeinrichtung 10 ermittelt, daß eine vorbestimmte Glastemperatur und/oder Durchbiegung erreicht wurde, wird das Glas so schnell wie möglich zum Härten befördert. Der Durchgang zwischen dem Biegebereich 8 zu einem Härtebereich 13 wird auf der gleichen Ringform 3 entlang einer Bahn 12 bewirkt. In dem Härtebereich 13 werden beide Seiten einer Glasscheibe der Wirkung von Kaltluftdüsen unterworfen. Dies kann durchgeführt werden, in dem obere und untere Leitungssysteme 14 und 15 eingesetzt werden, deren Enden entweder auf einer geraden Linie oder gemäß einer vorausgesehenen, ermittelten Biegeform liegen. Von dem Härtebereich 13 werden das Glas und die Form 3 in einen Entladebereich befördert, in welchem das gehärtete Glas von der Ringform 3 entfernt wird. Dies wird von einem Auflegen des nächsten Glasstückes auf den oberen Teil der Ringform gefolgt und das Glas wird zusammen mit der Ringform in den Vorwärmbereich befördert.
Die Ringform 3 wird von einem Wagen von außen abgestützt und ist mit einer fasrigen Schicht beschichtet, welche für das Glasbiegen und Härten geeignet ist.
Die Bewegungen des Wagens 2 entlang der Bahnen 4 und 12 werden z.B. mittels eines Systems beschrieben in der US- Patentveröffentlichung 4 497 645 erzeugt, wobei Wagen eingesetzt werden, die auf von außerhalb des Ofens rotierbaren Rädem befestigt sind.
Der als eine Hochleistungsheizkammer dienende Biegebereich 8 ist das Herz einer Vorrichtung der Erfindung. Ein neuartiges Merkmal in diesem ist die Hochgeschwindigkeitserwärmung, dargestellt durch eine hohe Temperatur von ungefähr 900ºC. Das Biegen des Glases kann ohne Anwendung von Wärme durch eine Ringform in eine gewünschte Gestalt bewirkt werden. Dies ist für einfache Glasformen geeignet, wenn das Glas jedoch ein höheres Maß an Komplexität erreicht, verringert sich die Glasdicke und erhöht sich die Glasgröße, wodurch es sehr viel Schwierigkeiten bei der Herstellung einer gewünschten Gestalt oder Form gibt. Eine enge Überprüfung der Glastemperatur und/oder der Durchbiegung und eine Möglichkeit, das Glas schnell zum Härten zu bewegen, stellen sicher, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung der Erfindung geeignet sind, schnell steuerbar Formen zu biegen, die herkömmlich für die Rücklichter und Seitenfenster von Kraftfahrzeugen sind.
Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung setzt insbesondere das Biegen von dünnen (3 bis 4 mm dicken) Stücken von Glas ein, wobei das Biegen nicht beginnt, bis die Härtetemperatur gerade überschritten ist; und wobei, sobald eine gewünschte Form erzielt wird, das Glas direkt zum Härten befördert werden kann. In dem Fall von Niedrigtemperaturofen ist dies nicht möglich, da die Hauptglasfläche bereits ausreichend Zeit hatte, durchzusacken oder sich zu biegen, über das gewünschte Maß hinaus, zu dem Zeitpunkt, zu dem die Härtetemperatur erreicht wird.
Wenn eine Ringform zum Abstützen eines Glasstücks während des Heizbetriebes verwendet wird, führt es zu dem Resultat, daß die Kanten- oder die Randflächen des Glases kälter als der Rest des Glases bleibt. Der Grund hierfür liegt an der Masse und thermischen Kapazität, eine Ringform sollte kälter bleiben als das Glas und nimmt daher Wärme von dem Glas auf. Soll ein Glasstück gehärtet werden, muß das gesamte Glas durch und durch oberhalb der Härtetemperatur erwärmt werden, und daher werden die zentralen Glasbereiche unnotwendigerweise heiß. Dies führt zu unsteuerbarem Überbiegen der zentralen Glasbereiche.
Kann die Wirkung einer Ringform 3 bei einer niedrigeren Heizgeschwindigkeit in dem Kantenbereich einer Glasscheibe durch ein weiteres Erwärmen der Grenzbereiche nicht eliminiert oder kompensiert werden, wird das Glas in dem zentralen Bereich auf eine 10 bis 20ºC höhere Temperatur erwärmt, um die Kantenf lächen auch zu härten (oder um das Glas intakt zu halten). Wird die allgemeine Regel berücksichtigt, daß sich die Biegegeschwindigkeit des Glases verdoppelt, wenn die Glastemperatur um 8ºC steigt, ist es die Möglichkeit, das Problem zu verstehen, welches durch die Abkühlwirkung einer Ringform bewirkt wird.
Um dieses Problem zu eliminieren, schlägt die vorliegende Erfindung vor, daß das Erwärmen einer Glasscheibe in dem Biegebereich 8 durch die Verwendung von Zwangskonvektion verstärkt wird, wenigstens in den Kantenbereichen der Glasscheibe, welche von der Ringform 3 gestützt werden. Dies ist in Fig. 3 dargestellt.
Auf diese Weise werden die Glasrand- oder Kantenbereiche mehr erwärmt, um die Abkühlwirkung einer Ringform auszugleichen, jedoch nicht mehr als das. Die Aufgabe ist es, ein vollständig hermothermisches Glasstück zu erzielen.
Die technische Lösung wird ausgeführt, indem Druckluftstrahlen eingesetzt werden, welche aus den Rohren 17 und/oder 18 geblasen werden, die in der Nähe der Randbereiche angeordnet sind. Von dem unteren Rohr 17 werden die Luftstrahlen vertikal nach oben geblasen (vorzugsweise mit einem Winkel von 50º), in solch einer Weise, daß der Luftstrahl nicht das Glas trifft, sondern die Randbereiche und die Ringform 3 durch einen Wirbel erwärmt werden, der durch die Luftstrahlen gebildet wird. Da eine Forderung nach zusätzlicher Wärme nicht besteht, reicht nur ein Rohr, z.B. das untere Rohr 17, aus. In der Praxis ist das Leitungssystem kein kontinuierlicher Kreis, sondern ist in eine Vielzahl von einzeln steuerbaren Zonen unterteilt.
Untersuchungen haben gezeigt, daß Strahlungswärme nicht immer ausreichend ist, um die obere Oberfläche des Glases ausreichend zu erwärmen, sondern statt dessen wird die untere Seite stärker erwärmt, auch wenn die untere Seite tatsächlich überhaupt nicht erwärmt würde. Dies kann kompensiert werden, indem Konvektionsblasen eingesetzt wird, sofern notwendig, über den gesamten Oberflächenbereich einer Glasscheibe im Hinblick auf das Kompensieren des Erwärmens der oberen oder unteren Oberfläche.
Wie bereits ausgeführt, wird ein gebogenes Glasstück, welches auf eine Härtetemperatur erwärmt ist, so schnell wie möglich zum Härten befördert. Dies ist wichtig, da sich ein 4 mm dikkes Glas, sobald es sich außerhalb eines Ofens befindet, vor dem Härten mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 5º/s abkühlt. Jede "verlorene" Sekunde führt zu einem unnotwendigen überwärmen des Glases um 5ºC. Daher sollten Strahler zum Abschrecken bereits angestellt sein, und die Düsen sollten sich in einer geeigneten Position befinden, wenn das Glas zum Härten gebracht wird. Kann das Härten aller Glasformen nicht durch ein einziges Leitungssystem oder Düsensystem durchgeführt werden, können die Leitungssysteme 14, 15 ersetzbar ausgestaltet sein. In der einfachsten Ausführungsform umfassen das Leitungssystem oder das Düsensystem 14, 15 gefaltete oder perforierte Platten. Zum Beispiel sind vier unterschiedliche Leitungssysteme (perforierte Platten), welche zu verschiedenen Formen gefaltet sind, ausreichend, um die gesamte Fläche abzudecken. Gleichzeitig ist es natürlich auch möglich, ein einstellbar geformtes Leitungssystem einzusetzen, (die Einstellung kann auch per Hand durchgeführt werden).
Wie oben beschrieben, ist eine Vorrichtung der Erfindung sehr einfach im Hinblick auf den technischen Aufbau und daher ökonomisch im Hinblick auf die Kosten. Trotzdem bietet im Hinblick auf den Preis und die Größe der Vorrichtung eine sehr hohe Produktionskapazität (60 bis 100 Ladungen je Stunde).

Claims

1. Verfahren zum Biegen und Härten einer Glasscheibe, wobei die auf einer Ringform (3) gestützte bzw. gelagerte Glasscheibe auf die Erweichungstemperatur in wenigstens einem Vorwärmbereich erwärmt wird, sich die Glasscheibe durch Schwerkraft in einem Biegebereich (8) biegt, und die gebogene Glasscheibe weiter zum Härten in einen Härtebereich (13) befördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Glastemperatur von 500ºC das Erwärmen der Glasscheibe zu der Härtetemperatur in dem Biegebereich mit solch einer Aufheizgeschwindigkeit durchgeführt wird, daß sich 4 mm dickes Glas von der Temperatur von 500ºC auf die Härtetemperatur von 600 bis 630ºC in weniger als 28 Sekunden erwärmt, vorzugsweise innerhalb von 15 bis 20 Sekunden, wodurch die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit der Glasscheibe wenigstens an der Glasoberfläche durchschnittlich wenigstens ungefähr 15ºC/mm/s, vorzugsweise 24 bis 32ºC/mm/s beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit 24 bis 32ºC/mm/s oder 6 bis 8ºC/s bei 4 mm dickem Glas beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbiegung oder Temperatur der Glasscheibe gemessen wird und beim Erreichen einer vorbestimmten Durchbiegung oder Temperatur die Glasscheibe des weiteren zum Härten befördert wird, gestützt auf der gleichen Ringform (3).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß, bevor die Glasscheibe in den Biegebereich (8) befördert wird, das Vorwärmen der Glasscheibe auf zwei Ebenen durchgeführt wird, zunächst auf einer unteren Ebene (Bereich 5) und anschließend, nachdem die Ringform (3) heraufgezogen wurde, auf einer oberen Ebene (Bereich 6), und daß die Glasscheibe auf der gleichen Ringform (3) zu dem Biegebereich und dem Härtebereich (13) befördert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Biegebereich (8) das Erwärmen der Glasscheibe durch Zwangskonvektion verstärkt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfs- bzw. Zusatzkonvektion auf wenigstens die Randbereiche der Glasscheibe ausgeübt wird, welche von der Ringform (3) gestützt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hufs- bzw. Zusatzkonvektion auf die Randbereiche der Glasscheibe in solch einer Weise angewandt wird, daß Strahldüsen vor die Kante der Glasscheibe in der Nähe der Kante der Glasscheibe gerichtet werden.

8. Vorrichtung zum Biegen und Härten einer Glasscheibe, wobei die Vorrichtung umfaßt:

eine Ringform (3), um eine Glasscheibe in verschiedenen Arbeitsstellungen abzustützen, wenigstens einen Vorwärmbereich (5, 6), einen Biegebereich (8), und einen Härtebereich (13), dadurch gekennzeichnet, daß

der Biegebereich (8) mit Heizeinrichtungen versehen ist, welche geeignet sind, die Temperatur des Biegebereichs auf eine Temperatur von wenigstens 100ºC, vorzugsweise über 200ºC oberhalb der Temperatur, auf welche die Glasscheibe zum Härten erwärmt wird, zu erhöhen, und mit Meßeinrichtungen (10) zum Messen der Durchbiegung oder der Temperatur der Glasscheibe und wobei diese Meßeinrichtungen (10) geeignet sind, den Durchgang der Ringform (3) und der von dieser abgestützten Glasscheibe von dem Biegebereich (8) in den Härtebereich (13) zu beginnen,

und wobei zwei Vorwärmbereiche (5, 6) bereitgestellt sind, welche an unterschiedlichen vertikalen Ebenen angeordnet sind, in solch einer Weise, daß ein Vorwärmbereich (5) unterhalb des Biegebereichs (3) und der andere Vorwärmbereich (6) neben dem Biegebereich (8) liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Biegebereichs ungefähr 800 bis 1000ºC beträgt und daß die Härtetemperatur der Glasscheibe ungefähr 600 bis 630ºC beträgt, wobei die Glasscheibe bei dieser Temperatur von dem Biegebereich (3) in den Härtebereich (13) befördert wird.