DE965268C - Verfahren zum Anpassen der Oberflaeche eines Glaskoerpers an die Oberflaechengestalt eines anderen Koerpers - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 6. JUNI 1957

C 11989IVc/32b

ist in Anspruch genommen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen der Oberfläche eines Glaskörpers, um diesen der Oberflächengestaltung einer Preßform oder eines anderen Glaskörpers anzupassen, indem man diese Flächen unter Erwärmung, mit oder ohne äußere Druekanwendung, in Berührung miteinander bringt.

Man hat es bisher für vorteilhaft gehalten, die Flächen zweier Glaskörper bei verhältnismäßig niedriger Temperatur aneinanderzupassen, d. h. bei einer innerhalb des·Temperbereichs des weicheren Glases liegenden Temperatur, wodurch man ohne mühsame Schleif- und Polierarbeit genau zusammenpassende Oberflächenformen erhielt. Durch diese Art des Zusammenpassens solcher Flächen sind zusammengesetzte Gegenstände aus genau aufeinanderpassenden Einzelteilen herstellbar, z. B. optische Instrumente oder mehrschichtige Glasscheiben.

Bei einer dieser Arbeitsweisen legt man zwei Glasflächen zusammen, von denen eine auf die andere gepaßt werden soll, und setzt sie unter

709 532/208

Druck, um ihre benachbarten Flächen einander anzupassen, wobei die Temperatur genügend hoch sein muß, um die durch den Druck entstehenden Spannungen zu beseitigen, während jedoch die Berührungsfiächen der Glasteile noch nicht erweichen dürfen. Wenn diese Behandlung eine bestimmte Zeit dauert, sind die Flächen im wesentlichen in Berührung miteinander gekommen und bleiben es auch, wenn der Druck wieder aufgehört hat. Durch ίο dieses Verfahren kann die Zahl der Interferenzstreifen zwischen den zwei Glasflächen von einem Anfangswert von ioo oder mehr bis auf weniger als 5 verringert werden.

Unter den bei solchen Verfahren herrschenden Bedingungen haben die Berührungsflächen die nachteilige Neigung, aneinanderzuhaften und miteinander zu verschmelzen, besonders wenn die Temperatur nahe der oberen Grenze des Temperbereiches liegt, namentlich dann, wenn die Temperbereiche der beiden Gläser einander ähnlich sind und/oder der Druck zu lange dauert. Man kann zwar das Haften der Berührungsflächen aneinander durch Zwischenlegung eines genügend wärmebeständigen Stoffes verhindern, jedoch werden dabei kleine Unebenheiten an der Oberfläche der Zwischenschicht in die Oberflächen des. Glases hineingedrückt, wodurch die Genauigkeit der Anpassung leidet und die Anwendbarkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird.

Ein Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Anpassen von Glasflächen an Gegenflächen in solcher Weise, daß die oben beschriebenen Schwierigkeiten und Nachteile überwunden werden und die Berührungsflächen genau zusammengepaßt werden können, ohne aneinanderzuhaften, selbst wenn die Temperaturen praktisch so hoch sind wie der Erweichungspunkt des weicheren Glaskörpers, in welchem Fall man das Anpassen der Flächen aneinander beschleunigen kann, besonders wenn der erforderliche Umfang der Anpassung ziemlich gering ist. (Der Erweichungspunkt ist hierbei diejenige Temperatur, bei der die Viskosität des Glases io⁷·⁶ Poises beträgt.)

Das Verfahren nach der Erfindung umfaßt in weiterem Sinne das Anpassen einer Fläche eines Glaskörpers an die Oberflächenform eines anderen Körpers,' etwa einer metallischen oder sonstwie wärmebeständigen Preßform, oder auch eines anderen Glaskörpers, indem man einen an der oder den Berührungsflächen anhaftenden Metalloxydfilm herstellt, die Körper zusammenlegt und die Glasfläche oder -flächen verformt, während die Körper so hoch erwärmt werden, daß ein plastisches Fließen und eine Anpassung der Glasoberflächen ermöglicht wird.

Für das Zusammenpassen mehrerer Glaskörper unter Druck umfaßt das vorliegende Verfahren die Herstellung eines im wesentlichen durchsichtigen irisierenden Metalloxydfilms auf den Berührungsflächen des oder der Glaskörper, das Zusammenlegen dieser Flächen und die Einwirkung von Druck, um die Flächen in innige Berührung miteinander zu pressen, während man sie auf Temperaturen zwischen dem Spannungs- und dem Erweichungspunkt des weicheren Glases erwärmt, bis die Flächen genügend aneinandergepaßt und die durch den Druck hervorgerufenen Spannungen beseitigt sind; dann kühlt man die Körper ab und hebt den Druck auf. (Als Spannung wird diejenige Temperatur bezeichnet, bei der die Viskosität des Glases io¹⁴-⁵ Poises ist.)

Eine Vorrichtung zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen beschrieben, worin

Fig. ι ein senkrechter Schnitt ist, der zwei Glaskörper zeigt, die mit anhaftenden Metalloxydfilmen versehen sind und in einer Preßform liegen, in der erfindungsgemäß einer dieser Körper der Oberflächenform des anderen angepaßt werden soll, und

Fig. 2 ein senkrechter Schnitt ist, der eine ahnliehe Preßform zeigt, wie in Fig. 1 dargestellt, in der zwei flache Glaskörper liegen, die mit daran haftenden Metalloxydfilmen versehen sind und entsprechend der Preßform und aufeinanderpassend nach der Erfindung verformt werden sollen.

Der Glaskörper 10 in Fig. 1, der eine gewünschte Oberflächenform hat und auf dieser mit einem daran haftenden Metalloxydfilm 11 versehen ist, der hier übertrieben stark dargestellt ist, wird in eine metallische Preßform gelegt, die aus einem Preßboden 12, einem aus mehreren Segmenten zusammengesetzten Ring 13 und einem Klemmband 14 für diesen Ring besteht, wobei der Boden 12 von einem feuerfesten Sockel 15 und einer Pressenbettung 16 getragen wird. Ein zweiter Glaskörper 17 mit ebenen Flächen, die mit daran haftenden Metalloxydfilmen 18, hier ebenfalls in übertriebener Dicke dargestellt, versehen sind, liegt über dem Glaskörper 10 in der genannten Preßform. Oberhalb des Glaskörpers 17 ist ein metallischer Druckkolben 19 angeordnet.

Die zwei Glaskörper zusammen mit der Preßform und dem Kolben sind in einer Heizvorrichtung untergebracht, die ein von einem elektrischen Heizelement 21 umgebenes Innenrohr 20 besitzt sowie eine Außenwand 22 aus isolierendem feuerfestem Baustoff. Dieses Heizelement trägt einen Deckel 23, der in der Mitte ein Loch hat, durch das sich ein Preßstempel 24 erstreckt, der unten den Kolben 19 trägt.

Fig. 2 zeigt eine Preßform ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, in der zwei Glaskörper 25 und 26 mit im wesentlichen ebenen Berührungsflächen liegen, die mit ebenfalls übertrieben stark gezeigten daran haftenden Metalloxydfilmen 27 und 28 versehen sind.

Man kann auf dem Glas einen dünnen daran haftenden Metalloxydfilm, der für den vorliegenden Zweck passend ist, vorzugsweise nach einem als

Irisieren« bekannten Verfahren erzeugen, das in diesem Patent beschrieben ist. Dieses an sich bekannte Verfahren besteht darin, daß man das Glas bis in die Nähe seines Erweichungspunktes erwärmt, aber noch so weit darunter bleibt, daß Verzerrungen vermieden werden und daß man es in Berührung mit einer Metallverbindung in ver-

dampfbarem Zustand bringt, d. h. mit einer zerstäubten Lösung oder dem Dampf der Metallverbindung.

Solche »irisierenden« Metalloxydfilme sind ziemlieh durchsichtig, ihre Stärke nimmt gleichmäßig in dem Maße zu, wie man die Zeit verlängert, die das heiße Glas der Wirkung der verdampfbaren Metallverbindung ausgesetzt wird. Obwohl schon eine Stärke der Trennschicht von etwa iooo Ä oder ίο darunter, die etwa ι bis 5 Sekunden Aussetzungszeit erfordert, dafür genügt, um nach der Erfindung das Aneinanderhaften der Glasflächen zu verhindern, kann man den Film auch in größeren Stärken aufbringen. z.B. von etwa 10000Ä oder mehr, wenn das Sichtbarwerden des Films nicht etwa stört.

Zu den Metallen, die als geeignet zur Herstellung von irisierenden Metalloxydftlmen für dieses Verfahren bekannt sind, gehören Zink, Cadmium, Aluminium, Indium, Thallium, Silicium, Titan, Germanium, Zirkon, Zinn, Blei, Thor, Niobium, Antimon und Tantal, die sämtlich praktisch farblose Oxydfilme ergeben können, und Kupfer, Vanadium, Wismut, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel, die farbige Oxydfilme ergeben, d. h. Filme, die meist nur für Licht bestimmter sichtbarer Wellenlängen durchlässig sind. Für die Herstellung der dünnen irisierenden Metalloxydfilme kann man irgendeine Verbindung der obenerwähnten Metalle nehmen, die in fließfähiger Form vorliegt oder fließbar gemacht werden kann, also die Dämpfe oder zerstäubte Lösungen von solchen Verbindungen. Brauchbare anorganische Verbindungen sind hauptsächlich die Salze der Metalle mit anorganischen Säuren, beispielsweise die Chloride, die meist am geeignetsten sind, sowie die Jodide, Bromide, Fluoride, Sulfate, Nitrate u. dgl.

Organische Salze und Verbindungen der angeführten Metalle sind meist nicht so leicht erhält-Hch; aber diejenigen, die erhältlich sind, können ebenfalls verwendet werden, wenn man sie auflösen oder verdünnen kann, sei es mit Wasser oder Lösungsmitteln, wie Alkohol,.Toluol, Benzol oder 'anderen zum Vermischen geeigneten Flüssigkeiten. Solche organische Verbindungen können offene Ketten enthalten, wie die Lactate, Oleate, Oxalate, Stearate oder Tartrate, oder aromatische Verbindungen, wie die Benzoate, Salizylate, Phenolate oder Phenolsulfonate. Einige organische Zinnverbindungen, die sich besonders gut eignen, sind Dibutyl-Zinndiacetat, Dibutyl-Zinndilaurat, Dibutyl -Zinnoxyd, Dibutyl-Diphenylzinn, Dilauryl-Zinndichlorid, Dibutyl-Zinndichlorid, Diphenyl-Zinndichlorid, Dibutyl-Zinnäthylat, Tetraphenylzinn, Tetrabutylzinn, Dibutyl-Zinndiäthylat usw. Zur Herstellung der dünnen irisierenden Metalloxydfilme zerstäubt man vorzugsweise eine Lösung der Metall verbindung und bläst sie als feinen Nebel gegen das zuvor erwärmte Glas. Etwa denselben Erfolg hat man, wenn man die Metallverbindung, wenn sie leichtflüssig is-t und sich nicht zersetzt, verdampft und die dabei entstehenden Dämpfe mit der Oberfläche des heißen Glases in Berührung bringt. Wenn das .Metallsalz oder die Metallverbindung in Berührung mit dem heißen Glase kommt, wird sie in das entsprechende Metalloxyd umgewandelt, das sich mit großer Heftigkeit und in sehr dünner, gleichmäßiger Schicht auf der Oberfläche des Glases ansetzt.

Brauchbare, fest haftende Metalloxydfilme oder Überzüge kann man auch durch Verdampfung des Metalloxyds in der Nähe der kühlen Glasfläche im Vakuum und Kondensation des Dampfes auf dem Glas herstellen oder durch Verdampfung des Metalls auf dieselbe Weise und darauffolgende Erhitzung des metallüberzogenen Glases in gewöhnlicher oder mit Sauerstoff angereiche terLuft, um das Metall in seine Oxyde umzuwandeln.

Es wurde gefunden, daß ein dünnes Metalloxyd, das nach einem der oben beschriebenen Verfahren aufgebracht worden ist und das zähe am Glase haftet, unter den für das Anpassen von_%Glasflächen aufeinander erforderlichen Verhältnissen in bezug auf Wärme oder Wärme und Druck zusammen weder an einem ähnlichen Qxydfilm noch an Metall haftet. Glasflächen, die auf die erwähnte Weise geformt worden sind, haften deshalb nicht aneinander, sondern können nach dem Zusammenpassen wieder gut voneinander getrennt werden und passen dann auch weiterhin genauso zusammen, als wenn kein Metalloxydfilm vorhanden gewesen wäre. Es hat sich herausgestellt, daß die Trennung der beiden Formkörper durch Betupfen des Randes der zusammengepaßten Flächen mit einem Tropfen einer Flüssigkeit, wie etwa Wasser oder Alkohol, bedeutend erleichtert wird.

Als Beispiel für eine Ausführungsart der Erfindung, wie sie in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist, werden die Glaskörper 10 und 17 einzeln bis auf eine etwa 50⁰ unter ihren jeweiligen Erweichungspunkten liegende Temperatur erwärmt. Eine Lösung aus 100 g SnCl₄ ¹SH₂O, 10 ecm konzentrierter wäßriger HCl und 50 ecm H₂O wird S Sekunden lang gegen die Glasflächen gesprüht. Nach Abkühlung legt man die behandelten Glaskörper auf den Boden 12 der Preßform und leitet einen genügend starken elektrischen Strom durch das Heizelement 21, um die'Preßform, den Kolben 19 und die Glaskörper 10 und 17 ungefähr auf den Temperpunkt des Glases zu erwärmen, d.h. auf diejenige Temperatur, bei der die Viskosität des Glases io¹³ Poises beträgt. Dann bringt man den Kolben 19 in Berührung mit dem Glaskörper 10 und übt einen allmählich bis auf etwa 0,7 kg/cm² steigenden Druck auf diesen aus, bis die Unterseite des Glaskörpers 17 ungefähr die Form der Oberseite des Glaskörpers 10 angenommen hat. Zum Anpassen der in Berührung miteinander stehenden, geformten Flächen läßt man etwa 5 Minuten lang einen erhöhten Druck von bis zu 10,5 kg/cm² auf sie einwirken, worauf der Strom abgeschaltet wird. Wenn die Temperatur des Glases wieder bis unter den Spannungspunkt zurückgegangen ist, öffnet man die Preßform und nimmt das Glas heraus. Gegebenenfalls kann man bei der Zusammenpassung der Berührungsflächen noch 3 Stunden lang nach

Abschaltung des Stromes einen anderen Druck einwirken lassen, z. B. von etwa 0,7 kg/cm² oder ι Minute oder weniger lang einen solchen Druck von 105 kg/cm². Auch Temperaturen über dem Temperpunkt und praktisch bis zum Erweichungspunkt des weicheren Glases sind zulässig, um die gleiche Anpassung ohne Haftung der in Berührung miteinander stehenden Glasflächen in kürzerer Zeit und/oder unter niedrigerem Druck zu erreichen, oder selbst ohne Anwendung äußeren Druckes, wobei man sich ganz auf den durch das Gewicht des Glases und gegebenenfalls des Oberstempels ausgeübten Druck zur Erreichung der gewünschten Anpassung verläßt.

Nach einer ähnlichen Arbeitsweise kann man zwei oder mehr Stücke im wesentlichen ebenen Glases von praktisch jeder gewünschten Flächengröße, etwa gezogene oder gewalzte Glasscheiben, mit oder ohne Druckanwendung, verformen und ihre Berührungsflächen einander anpassen, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Zum Vergleich der beim Zusammenpassen der mit Metalloxyd überzogenen Glasscheiben nach der Erfindung erzielten Ergebnisse mit denen, die ohne Verwendung solcher Filme beim Zusammenpassen erzielt werden, wurden vier Paare ebener Glasscheiben mit einem Erweichungspunkt von 715° und einem Spannungspunkt von 550° durch Absackenlassen in eine konkave gußeiserne Form mit einem Krümmungsradius von 267 mm gebogen. Die Oberflächen von drei Glasscheibenpaaren, die in Berührung miteinander und mit der Form gebracht werden sollten, wurden vorher in der oben beschriebenen Weise mit irisierenden Metalloxydfilmen überzogen. Bei einem Paar bestand der Film aus SnO₂ und Sb₂O₃ und war durch 1 Sekunde langes Besprühen des erhitzten Glases mit einer Lösung aus 97 Gewichtsteilen SnCl₄; 5 H₂O und 3 Gewichtsteilen SbCl₃ hergestellt worden. Bei einem zweiten Paar bestand der Film aus TiO₂ und war hergestellt durch 1 Sekunde langes Besprühen des erhitzten Glases mit einer Lösung von TiCl₄, und bei dem dritten Paar bestand er aus ZrO₂ und war hergestellt worden durch 1 Sekunde langes Besprühen des erhitzten Glases mit einer Lösung von ZrCl₄. In jedem dieser drei Fälle war der Film durchsichtig und hatte eine Stärke von, 500 Ä, entsprechend einem Weiß erster Ordnung. Das vierte Scheibenpaar hatte keine Überzüge oder Filme irgendwelcher Art auf seinen Flächen.

Die überzogenen Glasscheibenpaare wurde der Reihe nach auf die Form gelegt mit einer überzogenen Fläche abwärts und überzogenen Flächen in Berührung miteinander; das Ganze wurde dann in einen kalten Ofen gebracht, den man auf 685 ° erwärmte (etwa 30⁰ unter dem Erweichungspunkt) und 12 Minuten lang bei dieser Temperatur hielt, worauf man ihn von selbst abkühlen ließ. Das nicht überzogene Glasscheibenpaar wurde auf gleiche Weise in derselben Form und in demselben Ofen ebenso lange auf die gleiche Temperatur erwärmt. Bei anschließender Untersuchung der mit Filmen überzogenen Glasscheibenpaare ergab sich, daß sich jeweils beide Scheiben genau der Oberflächengestalt der Form auch einander gegenseitig angepaßt hatten, wobei die geschnittenen Ränder ihre Schärfe behalten hatten. Die mit den Filmen überzogenen Glasscheiben waren durchsichtig, unbeschädigt und leicht voneinander zu trennen, während das nicht überzogene Scheibenpaar zusammengeklebt oder zusammengeschmolzen war und während der Abkühlung zersprang.

Die Erfindung kann nach Belieben für die Herstellung ebener oder gekrümmter Scheiben mit genau angepaßten Oberflächenformen dienen, die mit Zwischenschichten aus einem organischen durchsichtigen Kunststoff zwischen diesen Flächen zusammengefügt und darauf unter Bildung mehrschichtigen Sicherheitsglases zusammengeklebt werden. In Fällen, bei denen es auf Unsichtbarkeit des Metalloxydfilms im Endprodukt ankommt, sind vorzugsweise farblose Filme und besonders solche aus Zinn-, Zirkon- oder Titandioxyd, vorteilhaft in Stärken von nicht mehr als 1000 Ä, geeignet. Die obenerwähnten farbigen λίetalloxydfilme eignen sich für die Herstellung farbiger Scheiben oder anderer Glaskörper, deren Formen gemäß der Erfindung aufeinandergepaßt werden, z. B. für gekrümmte Scheiben zur Herstellung mehrschichtiger, gefärbter Windschutzscheiben für Kraftfahrzeuge. Gegebenenfalls kann man auch den Metalloxydfilm, einerlei ob sichtbar oder nicht, wieder von dem Glase entfernen, nachdem er seinen Zweck beim Formen der Glasfläche erfüllt hat. Dies kann durch Behandlung mit einer reduzierenden Säure, wie etwa Salzsäure, in Verbindung mit pulverförmigem Zink geschehen, von der der Film aufgelöst wird.

Unter dem hier verwendeten Ausdruck »Temperbereich« ist der Temperaturbereich zwischen dem Spannungspunkt und dem Erweichungspunkt ■ des Glases zu verstehen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anpassen der Oberfläche eines Glaskörpers an die Oberflächengestalt eines anderen unter gleichzeitiger Erwärmung in Berührung mit dem Glaskörper kommenden Körpers unter Vermeidung des Anhaftens no dieser Körper aneinander, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Berührung ausgesetzten Glasoberfläche ein fest daran haftenden Metalloxydfilm hergestellt, die verschiedenen Körper zusammengelegt und die Glasoberfläche durch Erwärmung der Körper bis zum plastischen Fließen und Zusammenpassen des Glases mit dem anderen Körper verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metalloxydfilm hergestellt wird, der aus Zinn-, Titan- oder Zirkondioxyd besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metalloxydfilm hergestellt wird, der farbig ist.

4· Verfahren »ach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Glaskörpers der Oberflächengestalt eines anderen Glaskörpers angepaßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Glaskörpers der Oberflächengestalt einer den Glaskörper tragenden Preßform angepaßt wird, während gleichzeitig eine Fläche eines zweiten Glaskörpers der Oberflächengestalt einer anderen Seite des erstgenannten Glaskörpers angepaßt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als zu verformende Glaskörper Glasscheiben verwendet werden.

7. Verfahren nach-Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druck ausgeübt wird, um die Berührungsflächen in innige Berührung miteinander zu pressen, wobei der oder die Glaskörper bis zu dem Temperaturbereich zwischen dem Spannungs- und dem Erweichungspunkt des Glases so weit und so lange erwärmt werden, bis die durch das Pressen bewirkten Spannungen beseitigt worden sind, worauf man den oder die Glaskörper abkühlen läßt und den Druck aufhebt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. in 394, 122897.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©609736/180 12.56 (709 532/208 5. 57) 709 532/208