EP1292545A2 - Vorrichtung zum homogenen erwärmen von gläsern und/oder glaskeramiken - Google Patents

Vorrichtung zum homogenen erwärmen von gläsern und/oder glaskeramiken

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EP1292545A2
EP1292545A2 EP01960317A EP01960317A EP1292545A2 EP 1292545 A2 EP1292545 A2 EP 1292545A2 EP 01960317 A EP01960317 A EP 01960317A EP 01960317 A EP01960317 A EP 01960317A EP 1292545 A2 EP1292545 A2 EP 1292545A2
Authority
EP
European Patent Office
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glass
radiation
heating
filter
wave
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01960317A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Fotheringham
Bernd Hoppe
Hauke Esemann
Michael Kluge
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Carl Zeiss AG
Schott Glaswerke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss AG, Schott Glaswerke AG filed Critical Carl Zeiss AG
Publication of EP1292545A2 publication Critical patent/EP1292545A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/007—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by thermal treatment

Definitions

  • the invention relates to a device for homogeneous heating of glass or glass ceramic and a method for heating with such
  • the semi-transparent or transparent glass and / or the glass ceramic is processed to the point of processing (viscosity or warmed beyond.
  • typical lower cooling points can be between 282 ° C and 790 ° C, and typically the processing point can be up to 1705 ° C.
  • the heating of glass ceramics and / or glasses is currently preferably carried out by using high-performance surface heating, such as gas burners.
  • Surface heaters are generally referred to as heaters in which at least 50% of the total heat output of the heating source is entered into the surface or layers near the surface of the object to be heated.
  • a radiation source is black or gray and has a color temperature of 1500 K, the source emits 51% of the total radiation power in a wavelength range above 2.7 ⁇ m.
  • the color temperature is less than 1500 K, like most electrical resistance heaters, much more than 51% of the total radiation power is emitted above 2.7 ⁇ m.
  • a special type of surface heating is heating with a gas flame, typically with the flame temperatures at 1000 °
  • Heating by means of a gas burner is largely carried out by transferring the thermal energy of the hot gas to the surface of the glass ceramic or glass. This can result in a temperature gradient, e.g. the shape e.g. can adversely affect due to viscosity gradients. This applies in particular to glass thicknesses> 5 mm.
  • the surface or layers close to the surface are heated at the points of the glass or glass ceramic which are opposite the heating source. The rest
  • Glass volume or glass ceramic volume must be heated accordingly by heat conduction within the glass or glass ceramic.
  • thermal conductivity is in the range of 1 W / (mK)
  • glass or glass ceramic must be heated up more and more slowly with increasing material thickness in order to keep stresses in the glass or glass ceramic low.
  • Another way of heating and / or shaping is to heat a glass and / or a glass ceramic or a glass and / or glass ceramic blank using IR radiation, preferably short-wave IR radiation.
  • DE 42 02 944 C2 has disclosed a method and a device comprising IR radiators for the rapid heating of materials which have a high absorption above 2500 nm.
  • DE 42 02 944 C2 proposes the use of a radiation converter from which secondary radiation with a wavelength range is emitted which is shifted into the long-wave range with respect to the primary radiation.
  • US-A-3620706 describes a homogeneous deep heating of transparent glass using short-wave IR radiators.
  • the method according to US-A-3620706 is based on the fact that the absorption length of the radiation used is much longer than that
  • a disadvantage of this method is that no radiation of the glass object homogeneous over the surface is guaranteed, so that the intensity distribution of the IR radiation source is imaged on the glass to be heated.
  • only a small part of the electrical energy used is used to heat the glass in this process.
  • the heating or heating of glass or glass ceramic by means of short-wave IR emitters takes place partly by radiation in a wavelength range in which the glass or glass ceramic is largely transparent, which is the case for most glasses in the ⁇ 2.7 ⁇ m range Case is.
  • emitters with a color temperature of 3000 K for example, 86% of the emitted radiation is in this area.
  • This short-wave portion of the radiation is only weakly absorbed by the glass, so that the energy input is largely homogeneous over the depth, as long as the dimensions of the glass part to be heated are significantly smaller than the absorption length of the radiation used in the glass.
  • the heating can be carried out within an IR radiation cavity with well-reflecting or back-scattering boundary surfaces, as a result of which the mentioned disadvantage of that described in US-A-3620706 Procedure is overcome.
  • the heating device comprises a filter which essentially only allows the short-wave part of the radiation to pass through, but at least partially filters the long-wave part, for example absorbs or reflects it, so that kqine or little long-wave radiation impinges on it glass to be heated or the glass ceramic hits.
  • Such a filter can advantageously consist of a flat disk or a sheathing around the IR radiators. Is preferred as
  • Material used for the filter is an OH-rich glass, which absorbs weaker in the short-wave range than the glass to be heated or the glass ceramic. This ensures that the absorption edge of the filter is just 2.7 microns and this is therefore only a minimum of deep radiation ( ⁇ 2.7 microns), but one Maximum of unwanted surface-effective radiation (> 2.7 ⁇ m) absorbed.
  • the filter can be cooled, for example, air-cooled. It is particularly advantageous if the filter represents a jacket of the IR radiators. Then, for example, air cooling of the IR radiators can be used simultaneously to cool the casing and thus the filter.
  • the filter can be made of quartz or another glass so that the radiation let through is diffusely scattered, so that the filter also takes on the function of a diffusing screen.
  • imaging of the radiation sources on the glass or glass ceramic body to be heated can be avoided, which brings about an improvement in the lateral temperature homogeneity.
  • IR radiation cavities are shown, for example, in US-A-4789771 and EP-A-0 133 847, the disclosure content of which is fully incorporated in the present application.
  • the proportion of those reflected by the wall surfaces, the floor and / or the ceiling is preferably and / or scattered infrared radiation more than 50% of the radiation incident on these surfaces.
  • Radiation is more than 90%, in particular more than 98%.
  • a particular advantage of using an IR radiation cavity is that when using very strongly reflective and / or backscattering wall, floor and / or ceiling materials
  • volume elements of the cavity reached at all angles. This prevents any shadowing effects in the case of complex-shaped glass ceramic parts and / or glass parts.
  • Remitting wall material can be used, for example, ground quartz plates with a thickness of 30 mm, for example.
  • Radiation cavity possible, for example one or more of the following materials:
  • the IR radiators have a color temperature greater than 1500 K, particularly preferably greater than 2000 K, very preferably greater than 2400 K, in particular greater than 2700 K, particularly preferably greater than 3000 K.
  • the IR emitters In order to prevent the IR emitters from overheating, they are advantageously cooled, in particular air or water-cooled.
  • the IR emitters can be switched off individually, in particular their electrical output can be regulated.
  • the invention also provides a method for heating glass ceramic and / or glass parts, in which the IR radiation is filtered so that no or only negligible long-wave IR radiation strikes the glass ceramic or glass part to be heated ,
  • the heating of the glass ceramic and / or the glass is partly directly with IR
  • Radiation from the IR emitters takes place and partly indirectly through IR radiation reflected or backscattered from the walls, the ceiling and / or the bottom of the IR radiation cavity.
  • the proportion of indirect, ie. H. the backscattered or reflected radiation which acts on the glass or glass ceramic blank to be heated, more than 50%, preferably more than 60%, preferably more than 70%, particularly preferably more than 80%, particularly preferably more than 90%, especially more than 98% of the
  • FIG. 2 shows the Planck curve of a possible IR radiator with a temperature of 2400 K.
  • Figure 3A shows the basic structure of a heating device with radiation cavity.
  • Figure 3B shows the structure of a heating device with a filter according to the invention.
  • FIG. 3C shows the reflectance curve over the wavelength of Al 2 O 3 Sintox AL from Morgan Matroc, Troisdorf, with a reflectance> 95%, over a wide spectral range>
  • Figure 4A shows the temperature distribution on the top and bottom of a heated glass sheet after heating with a device according to the invention with a high-pass filter.
  • FIG. 4B shows the temperature distribution on the top and bottom of a heated glass sheet after heating with a device without a high-pass filter.
  • FIG. 1 shows the transmission curve over the wavelength of an exemplary glass.
  • the glass has a thickness of 10 mm.
  • the typical absorption edge at 2.7 ⁇ m, above which glass or glass ceramics are opaque, can be clearly seen, so that all of the incident radiation is absorbed on the surface or in the layers near the surface.
  • FIG. 2 shows the intensity distribution of an IR radiation source, as can be used for heating a glass or glass ceramic part according to the invention.
  • the IR emitters used can be linear halogen IR quartz tube emitters with a nominal output of
  • the intensity distribution of the IR radiation source accordingly results from the Planck function of a black body with a temperature of 2400 K. It follows that a significant intensity, that is to say greater than 5% of the radiation maximum, is emitted in the wavelength range from 500 to 5000 nm and a total of 75% of the total radiation power is in the range above 1210 nm.
  • the annealing material is heated while the environment remains cold.
  • the radiation passing the annealing material is directed onto the annealing material by reflectors or diffuse spreaders or diffuse backscatterers.
  • the reflectors are water-cooled, since the reflector material would otherwise tarnish. This danger exists particularly with aluminum, which due to its good reflective properties in the short-wave IR range is popular for
  • Emitter of particularly large radiation power is used.
  • metallic reflectors diffusely backscattering ceramic diffusers or partially reflecting and partially backscattering glazed ceramic reflectors, for example Al 2 O 3 , can be used.
  • a structure in which only the annealed material can be heated can only be used if slow cooling is not required after the heating, which can only be achieved with constant reheating and only with great effort and with an acceptable temperature homogeneity without insulating space.
  • the advantage of such a structure is the easy accessibility, for example for a gripper, which is of particular interest in hot forming.
  • the heating device and the annealing material or the glass to be heated or the glass ceramic can be located in an IR radiation cavity equipped with IR radiators.
  • the quartz glass emitters themselves are sufficiently temperature-resistant or cooled accordingly.
  • the IR radiators consisting of a heating coil and typically a quartz glass tube can comprise an additional jacket through which a coolant flows, for example a further quartz glass tube. It is preferred to design the quartz glass tubes considerably longer than the heating coil and to lead them out of the hot area so that the connections are in the cold area so as not to overheat the electrical connections.
  • the quartz glass tubes can be designed with and without a coating.
  • FIG. 3A shows a first embodiment of a heating device with a shaping method with an IR radiation cavity.
  • the heating device shown in FIG. 3A comprises a plurality of IR radiators 1, which are arranged below a reflector 3 made of highly reflective or highly backscattering material.
  • the reflector 3 ensures that the power emitted by the IR emitter is directed onto the glass in other directions. The one emitted by the IR emitters
  • IR radiation partially penetrates the glass 5, which is semitransparent in this wavelength range, and strikes a carrier plate 7 made of highly reflective or strongly scattering material. Quartzal is particularly suitable for this purpose, which also reflects about 90% of the driving radiation in the infrared.
  • a carrier plate 7 made of highly reflective or strongly scattering material. Quartzal is particularly suitable for this purpose, which also reflects about 90% of the driving radiation in the infrared.
  • Al 2 O 3 is particularly suitable for this purpose, which also reflects about 90% of the driving radiation in the infrared.
  • the reflectance curve of an Al 2 O 3 material over the wavelength is shown in FIG. 2C.
  • the glass 5 is placed on the carrier plate 7 with the aid of, for example, quartzal or Al 2 O 3 strips 9.
  • the temperature of the bottom can be through a hole 11 in the
  • Carrier plate can be measured using a pyrometer.
  • FIG. 3B shows a device for heating glass and / or glass ceramic with a high-pass filter according to the invention.
  • the walls 10 and the bottom or the carrier plate 7 of the device shown in FIG. 3B consist of quartz.
  • This plate 12 serves as a filter for long-wave IR radiation emitted by the IR radiators 1.
  • the filter plate 12 which acts as a high-pass filter, the radiation emitted by the IR emitters 1 is filtered in such a way that no or only negligibly long-wave IR radiation strikes the glass 14 to be heated.
  • the glass 14 is a 4 mm thick pane of glass arranged within the quartz furnace at a height of 60 mm above the floor
  • Lithium aluminosilicate glass which is fixed in the edge area by magnesium oxide rods.
  • the heating is carried out by an IR surface heating module located 200 mm above the floor, consisting of six IR radiators 1 arranged in a gold-plated reflector 3, comprising a heating coil 18 and a quartz glass tube 20, which are described in the present document
  • Embodiment have a color temperature of 3000 K with a maximum power density of 600 kW / m 2 .
  • the structure described is located in an additional quartz radiation cavity, formed by walls 10 and floor 7, in order to avoid energy losses.
  • a Eurotherm PC3000 system is used for regulation, the temperature is measured by means of a 5 ⁇ pyrometer through a hole 11 in the floor plate 7.
  • the heating devices could comprise IR radiators with a sheathing, the sheathing being made of a material which is used as
  • the quartz glass tubes of the embodiment according to FIG. 3A which enclose the heating coil, could themselves consist of an OH-rich, synthetic quartz glass or be encased by an additional quartz glass tube of this type.
  • the advantage of such a configuration can be seen, for example, in the fact that it is the same
  • Cooling medium that is used to cool the IR radiators for cooling of the filter medium, which is heated by the absorption of the long-wave radiation, can be used.
  • the heating process or the heat treatment can be carried out as described below:
  • the heating of glass or glass ceramic takes place first in an IR radiation cavity enclosed with quartzal in accordance with FIG. 3A, the ceiling of which is formed by an aluminum reflector with IR radiators underneath, or in a device in accordance with FIG. 3B.
  • the samples are stored in a suitable manner.
  • the glass or glass ceramic is directly illuminated by several halogen IR emitters.
  • the heating of the respective glass or the glass ceramic takes place by controlling the IR radiator via a thyristor controller based on absorption, reflection and scattering processes, as described in detail below:
  • the IR radiators and the glass ceramic or glass to be heated are located in a radiation cavity, the walls, floor and / or ceiling of which are made of a material with a surface with high reflectivity, with at least part of the wall, floor and / or ceiling surface, the incident radiation mainly diffuses back.
  • heating by means of short-wave IR emitters is also to be used for processes in which the product quality is sensitive to temperature homogeneity, deep-effective heating of the glass by short-wave IR radiation must be achieved without the Long-wave (ie> 2.7 ⁇ m) component inevitably contained in the spectrum of the radiators leads to impermissible temperature gradients within the glass. Such a temperature gradient can be avoided if, for example, as in the device according to FIG.
  • a filter 12 is arranged between the IR emitters 1 and the piece of glass to be heated, which only allows the short-wave (ie ⁇ 2.7 ⁇ m) part of the radiation to pass through, the long-wave part, however, absorbs or reflects, so that no or only negligible long-wave radiation strikes the piece of glass to be heated.
  • FIG. 4A shows the temperature distribution on the top and bottom of a lithium aluminosilicate (LAS) glass after heating for 20 s, starting from the room temperature. It can be seen that by using the OH-rich quartz glass as a high-pass filter, the temperature difference between the top and bottom of the LAS glass pane is only about 2 K on average.
  • the structure of the heating device corresponds to that shown in FIG. 3B.
  • FIG. 4B shows the temperature distribution which does not occur under the same test conditions in a device according to FIG. 3B
  • the maximum deviation between the top and bottom temperature is 15 K.
  • Heating of glasses or glass ceramics is specified, which enables homogeneous heating without the formation of a temperature gradient, has high energy utilization and avoids imaging of the radiation source on the object to be heated.
  • the device can be used in a variety of areas of glass processing be used. The following uses are only given as examples and are not exhaustive:

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Gläsern und/oder Glaskeramiken umfassend, einen oder mehrere IR-Strahler. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens ein Filterbauteil umfasst, welches den wenigstens einen Teil der langwelligen IR-Strahlung der IR-Strahler filtert, so dass keine oder nur wenig langwellige IR-Strahlung auf das und/oder die zu erwärmenden Glaskeramik- und/oder Glasteile trifft.

Description

Vorrichtung zum homogenen Erwärmen von Gläsern und/oder Glaskeramiken
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum homogenen Erwärmen von Glas bzw. Glaskeramik sowie ein Verfahren zum Erwärmen mit einer derartigen
Vorrichtung.
Semitransparentes bzw. transparentes Glas und/oder Glaskeramiken werden zum Einsteilen von bestimmten Materialeigenschaften, beispielsweise der Keramisierung meist auf Temperaturen erwärmt, die vorzugsweise über dem unteren Kühipunkt (Viskosität ?7=1014,5 dPas) liegen. Bei formgebenden Prozessen, insbesondere der Heißnachverarbeitung, wird das semitransparente bzw. transparente Glas und/oder die Glaskeramik bis zum Verarbeitungspunkt (Viskosität oder darüber hinaus erwärmt. Typische untere Kühlpunkte können je nach Glasart zwischen 282° C und 790°C, und typischerweise der Verarbeitungspunkt bis zu 1705°C betragen.
Die Erwärmung bei Glaskeramiken und/oder Gläsern erfolgt derzeit vorzugsweise dadurch, daß leistungsstarke Oberflächenheizungen, wie beispielsweise Gasbrenner, verwendet werden.
Als Oberflächenheizung werden ganz allgemein solche Heizungen bezeichnet, bei denen mindestens 50 % der gesamten Wärmeleistung der Heizquelle in die Oberfläche beziehungsweise oberflächennahen Schichten des zu erwärmenden Objektes eingetragen werden.
Ist eine Strahlungsquelle schwarz oder grau und weist sie eine Farbtemperatur von 1500 K auf, so strahlt die Quelle 51 % der Gesamtstrahlungsleistung in einem Wellenlängenbereich über 2,7 μm ab.
Beträgt die Farbtemperatur weniger als.1500 K, wie bei den meisten elektrischen Widerstandsheizungen, so wird noch wesentlich mehr als 51 % der Gesamtstrahlungsleistung oberhalb von 2,7 μm abgegeben.
Da die meisten Gläser in diesem Wellenlängenbereich eine Absorptionskante aufweisen wird 50 % oder mehr der Strahlungsleistung von der Oberfläche oder in oberflächennahen Schichten absorbiert. Es kann somit von Oberflächenheizung gesprochen werden.
Eine besondere Art einer Oberflächenheizung ist die Erwärmung mit einer Gasflamme, wobei typischerweise die Flammtemperaturen bei 1000°
Celsius liegen. Eine Erwärmung mittels Gasbrenner erfolgt zum größten Teil durch Übertragung der Wärmeenergie des heißen Gases an die Oberfläche der Glaskeramik bzw. des Glases. Hierbei kann sich ein Temperaturgradient ergeben, der z.B. die Formgebung z.B. aufgrund von Viskositätsgradienten nachteilig beeinflussen kann. Insbesondere gilt dies für Glasdicken > 5 mm.
Im allgemeinen werden bei den Oberflächenheizungen die Oberfläche bzw. oberflächennahe Schichten an den Stellen des Glases oder der Glaskeramik erwärmt, die der Heizquelle gegenüber liegen. Das übrige
Glasvolumen beziehungsweise Glaskeramikvolumen muß entsprechend durch Wärmeleitung innerhalb des Glases oder der Glaskeramik aufgeheizt werden.
Da Glas bzw. Glaskeramik in der Regel eine sehr geringe
Wärmeleitfähigkeit im Bereich 1 W / (mK) aufweist, muß Glas bzw. Glaskeramik mit steigender Materialdicke immer langsamer aufgeheizt werden, um Spannungen im Glas bzw. der Glaskeramik klein zu halten.
Um eine schnelle Durchwärmung des Glases mit Hilfe von Wärmeleitung zu erreichen, ist beim Gasbrenner ein hoher Leistungseintrag erforderlich. Eine derartige Erwärmung ist auf kleine Flächen beschränkt, da eine vollflächige Einbringung der erforderlichen Leistungsdichte mit Hilfe von Gasbrennern nicht möglich ist.
Wenn eine homogene Aufheizung des Glases oder der Glaskeramik nicht oder nur unzureichend gelingt, so hat dies unweigerlich Ungleichmäßigkeiten beim Prozeß und/oder Produktqualität zur Folge. Beispielsweise führt jede Irregularität in der Prozeßführung beim Keramisierungsprozeß von Glaskeramiken zu einem Durchbiegen oder
Ausplatzen der Glaskeramik.
Eine andere Möglichkeit der Erwärmung und/oder Formgebung ist das Erhitzen eines Glases und/oder einer Glaskeramik bzw. eines Glas- und/oder Glaskeramikrohlinges unter Einsatz von IR-Strahlung, vorzugsweise kurzwelliger IR-Strahlung.
Aus der DE 42 02 944 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung umfassend IR-Strahler zum schnellen Erwärmen von Materialien, die oberhalb von 2500 nm eine hohe Absorption aufweisen, bekannt geworden. Um die von den IR-Strahlem abgegebene Wärme in das Material schnell eintragen zu können, schlägt die DE 42 02 944 C2 die Verwendung eines Strahlungswandlers vor, aus dem Sekundärstrahlung mit einem Wellenlängenbereich emittiert wird, der gegenüber der Primärstrahlung in das Langwellige verschoben ist.
Eine in der Tiefe homogene Erwärmung von transparentem Glas unter Verwndung kurzwelliger IR-Strahler beschreibt die US-A-3620706. Das Verfahren gemäß der US-A-3620706 beruht darauf, daß die Absorptionslänge der verwendten Strahlung sehr viel größer ist als die
Abmessungen der zu erwärmenden Glasgegenstände, so daß der größte Teil der auftreffenden Strahlung vom Glas hindurchgelassen wird und die absorbierte Energie pro Volumen an jedem Punkt des Glaskörpers nahezu gleich ist. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, daß keine über die Fläche homogene Bestrahlung des Glasgegenstandes gewährleistet ist, so daß die Intensitätsverteilung der IR-Strahlungsquelle auf dem zu erwärmenden Glas abgebildet wird. Zudem wird bei diesem Verfahren nur ein geringer Teil der eingesetzten elektrischen Energie zur Erwärmung des Glases ausgenutzt.
Die Erwärmung bzw. das Erhitzen von Glas bzw. Glaskeramik mittels kurzwelliger IR-Strahler erfolgt zum einen Teil durch Strahlung in einem Wellenlängenbereich, in dem das Glas bzw. Glaskeramik weitgehend transparent ist, was für die meisten Gläser im Bereich < 2,7 μm der Fall ist. Bei Verwendung von Strahlern mit einer Farbtemperatur von beispielsweise 3000 K entfallen 86 % der emittierten Strahlung auf diesen Bereich. Dieser kurzwellige Anteil der Strahlung wird vom Glas nur schwach absorbiert, so daß der Energieeintrag weitgehend homogen über die Tiefe erfolgt, solange die Abmessungen des zu erwärmenden Glasteiles deutlich kleiner sind als die Absorptionslänge der verwendeten Strahlung im Glas. Um zu verhindern, daß ein Großteil der eingesetzten Strahlung das Glas nach einmaligem Durchgang ungenutzt wieder verläßt, kann man die Erwärmung innerhalb eines IR-Strahlungshohlraums mit gut reflektierenden bzw. rückstreuenden Begrenzungsflächen durchführen, wodurch der erwähnte Nachteil des in der US-A-3620706 beschriebenen Verfahrens überwunden wird.
Ein kleiner Anteil der von den IR-Strahlern, die sich gegebenenfalls innerhalb eines Strahlungshohlraumes befinden, emittierten Strahlung - bei einer Farbtemperatur von 3000 K sind dies 14 % - entfällt jedoch auf den Wellenlängenbereich > 2,7 μm, in dem die meisten Gläser stark absorbieren, so daß hier ein Energieeintrag in die Oberfläche bzw. die oberflächennahen Schichten des Glases stattfindet. Dies begrenzt die bei der Erwärmung erreichbare Temperaturhomogenität, so daß die Anwendung dieses Erwärmungsverfahrens auf Prozesse beschränkt ist, die nur geringe Anforderungen hinsichtlich der Vermeidung von Temperaturgradienten im Glas stellen, beispielsweise einen
Temperaturgradienten von 30 K/cm oder mehr erlauben.
Soll die Erwärmung mittels kurzwelliger IR-Strahler auch für Prozesse eingesetzt werden, bei denen die Produktqualität empfindlich von der Temperaturhomogenität abhängt, so ergibt sich die Aufgabe, eine
Vorrichtung bzw. ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine tiefenwirksame Beheizung des Glases durch kurzwellige IR-Strahlung möglich ist, ohne daß der unvermeidbar im Spektrum der Strahler enthaltene langwellige (d.h. > 2,7 μm) Anteil zu unzulässigen Temperaturgradienten innerhalb des Glases und/oder der Glaskeramik führt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zum Erwärmen einen Filter umfaßt, der im wesentlichen nur den kurzwelligen Teil der Strahlung hindurchläßt, den langwelligen Teil hingegen wenigstens teilweise filtert, beispielsweise absorbiert bzw. reflektiert, so daß kqine oder wenig langwellige Strahlung auf das zu erwärmende Glas oder die Glaskeramik trifft.
Vorteilhafterweise kann ein solcher Filter aus einer flachen Scheibe oder einer Ummantelung um die IR-Strahler bestehen. Bevorzugt wird als
Material für den Filter ein OH-reiches Glas verwandt, das im kurzwelligen Bereich vorzugsweise schwächer absorbiert als das zu erwärmende Glas bzw. die Glaskeramik. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Absorptionskante des Filters gerade bei 2,7 μm liegt und dieser somit nur ein Minimum an tiefenwirksamer Strahlung (< 2,7 μm), jedoch ein Maximum an unerwünschter oberflächenwirksamer Strahlung (> 2,7 μm) absorbiert.
Zur Vermeidung einer unzulässigen Erwärmung des Filters kann dieser beispielsweise gekühlt, beispielsweise luftgekühlt, sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Filter eine Ummantelung der IR-Strahler darstellt. Dann kann beispielsweise eine Luftkühlung der IR-Strahler gleichzeitig zur Kühlung der Ummantelung und damit des Filters verwandt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Material für das Filter synthetisches, d.h. OH-reiches Quarzglas verwendet wird. Dieses vereint die Eigenschaften einer minimalen Absorption im Kurzwelligen und einer guten Absorption langwelliger Strahlung mit dem besonderen Vorteil der hohen thermischen Belastbarkeit und Temperaturwechselbeständigkeit.
Optional kann das Filter aus Quarz- oder einem anderen Glas so ausgeführt sein, daß die hindurchgelassene Strahlung diffus gestreut wird, so daß das Filter zugleich die Funktion einer Streuscheibe übernimmt. Hierdurch kann eine Abbildung der Strahlungsquellen auf den zu erwärmenden Glas- bzw. Glaskeramikkörper vermieden werden, was eine Verbesserung der lateralen Temperaturhomogenität mit sich bringt.
Besonders vorteilhaft ist es, die IR-Strahler in einem IR-Strahlungshohiraum anzuordnen.
IR-Strahlungshohlräume zeigen beispielsweise die US-A-4789771 sowie die EP-A-0 133 847, deren Offenbarungsgehalt in die vorliegende Anmeldung vollumfänglich miteinbezogen wird. Vorzugsweise beträgt der Anteil der von den Wandflächen, dem Boden und/oder der Decke reflektierten und/oder gestreuten Infrarot-Strahlung mehr als 50 % der auf diese Flächen auftreffenden Strahlung.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Anteil der von den Wandflächen, dem Boden und/oder der Decke reflektierten und/oder gestreuten Infrarot-
Strahlung mehr als 90 %, insbesondere mehr als 98 %, beträgt.
Ein besonderer Vorteil der Verwendung eines IR-Strahlungshohlraumes ist, daß es sich bei Verwendung von sehr stark reflektierenden und/oder rückstreuenden Wand-, Boden- und/oder Deckenmaterialien um einen
Resonator hoher Güte Q handelt, der nur mit geringen Verlusten behaftet ist und daher eine hohe Energieausnutzung gewährleistet.
Bei der Verwendung diffus rückstreuender Wand-, Decken- und/oder Bodenmaterialien wird eine besonders gleichmäßige Durchstrahiung aller
Volumenelemente des Hohlraumes unter allen Winkeln erreicht. Damit werden etwaige Abschattungseffekte bei komplex geformten Glaskeramikteilen und/oder Glasteilen vermieden.
Als rückstreuendes, d. h. remittierendes Wandmaterial können beispielsweise geschliffene Quarzal-Platten mit beispielsweise einer Dicke von 30 mm Verwendung finden.
Auch andere die IR-Strahlung rückstreuende Materialien sind als Wand-, Decken- und/oder Bodenmaterialien oder Beschichtungen des IR-
Strahlungshohlraumes möglich, beispielsweise eines oder mehrere der nachfolgenden Materialien:
AI2O3; BaF2; BaTiO3. CaF2; CaTiO3; MgO • 3,5 AI2O3; MgO, SrF2; SiO2; SrTiO3; TiO2; Spinell; Cordierit;
Cordierit-Sinterglaskeramik In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die IR-Strahler eine Farbtemperatur größer als 1500 K, besonders bevorzugt größer als 2000 K, ganz bevorzugt größer als 2400 K, insbesondere größer als 2700 K, insbesondere bevorzugt größer als 3000 K auf.
Um eine Überhitzung der IR-Strahler zu vermeiden sind diese vorteilhafterweise gekühlt, insbesondere luft- oder wassergekühlt.
Zur gezielten Erwärmung des Glases bzw. der Glaskeramik beispielsweise mit Hilfe gerichteter Strahler ist vorgesehen, daß die IR-Strahler einzeln ausschaltbar, insbesondere in ihrer elektrischen Leistung regelbar sind.
Neben der Vorrichtung stellt die Erfindung auch ein Verfahren zur Erwärmung von Glaskeramik- und/oder Glasteilen zur Verfügung, bei dem die IR-Strahlung gefiltert wird, so daß keine oder nur vernachlässigbar wenig langwellige IR-Strahlung auf das zu erwärmende Glaskeramik- oder Glasteil trifft.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Erwärmung der Glaskeramik und/oder des Glases zum einen Teil direkt mit IR-
Strahlung der IR-Strahler erfolgt und zum anderen Teil indirekt durch von den Wänden, der Decke und/oder dem Boden des IR- Strahlungshohlraumes reflektierte beziehungsweise rückgestreute IR- Strahlung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Anteil der indirekten, d. h. der rückgestreuten bzw. reflektierten Strahlung, die auf den zu erwärmenden Glas- bzw. Glaskeramikrohling einwirkt, mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 60 %, bevorzugt mehr als 70 %, besonders bevorzugt mehr als 80 %, besonders bevorzugt mehr als 90 %, insbesondere mehr als 98 % der
Gesamtstrahlungsleistung beträgt. Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft anhand der Figuren sowie der Ausführungsbeispiele beschrieben werden.
Es zeigen:
Figur 1 den Transmissionsverlauf einer beispielhaften Glasprobe bei einer Dicke von 1 cm über der Wellenlänge
Figur 2 die Planck-Kurve eines möglichen IR-Strahlers mit einer Temperatur von 2400 K.
Figur 3A den prinzipiellen Aufbau einer Heizvorrichtung mit Strahlungshohlraum.
Figur 3B den Aufbau einer Heizvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Filter.
Figur 3C die Remissionskurve über der Wellenlänge von Al2O3 Sintox AL der Fa. Morgan Matroc, Troisdorf, mit einem Remissionsgrad > 95 %, über einen weiten Spektralbereich >
98 %, im IR-Wellenlängenbereich.
Figur 4A die Temperaturverteilung auf der Ober- und Unterseite einer erwärmten Glasscheibe nach Erwärmung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hochpaßfilter.
Figur 4B die Temperaturverteilung auf der Ober- und Unterseite einer erwärmten Glasscheibe nach Erwärmung mit einer Vorrichtung ohne Hochpaßfilter. Figur 1 zeigt die Transmissionskurve über der Wellenlänge eines beispielhaften Glases, Das Glas weist eine Dicke von 10 mm auf. Deutlich zu erkennen ist die typische Absorptionskante bei 2,7 μm, über der Glas oder Glaskeramiken opak sind, so daß die gesamte auftreffende Strahlung an der Oberfläche bzw. in den oberflächennahen Schichten absorbiert wird.
Figur 2 zeigt die Intensitätsverteilung einer IR-Strahlungsquelle, wie sie zur Erwärmung eines Glas- oder Glaskeramikteils gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Die zur Anwendung gelangenden IR-Strahler können lineare Halogen IR-Quarzrohrstrahler mit einer Nennleistung von
2000 W bei einer Spannung von 230 V sein, welche beispielsweise eine Farbtemperatur von 2400 K besitzen. Diese IR-Strahler haben entsprechend dem Wienschen Verschiebungsgesetz ihr Strahlungsmaximum bei einer Wellenlänge von 1210 nm.
Die Intensitätsverteilung der IR-Strahlungsquelle ergibt sich entsprechend aus der Planck-Funktion eines schwarzen Körpers mit einer Temperatur von 2400 K. So folgt, daß eine nennenswerte Intensität, daß heißt größer als 5 % des Strahlungsmaximums im Wellenlängenbereich von 500 bis 5000 nm abgestrahlt wird und insgesamt 75 % der gesamten Strahlungsleistung auf den Bereich über 1210 nm entfallen.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird nur das Glühgut erwärmt, während die Umgebung kalt bleibt. Die am Glühgut vorbeigehende Strahlung wird durch Reflektoren oder diffuse Streuer oder diffuse Rückstreuer auf das Glühgut gelenkt. Im Falle hoher Leistungsdichten und vorzugsweise metallischer Reflektoren, sind die Reflektoren wassergekühlt, da das Reflektormaterial ansonsten anlaufen würde. Diese Gefahr besteht insbesondere bei Aluminium, das wegen seiner guten Reflexionseigenschaften im kurzwelligen IR-Bereich gerne für
Strahler besonders großer Strahlungsleistung verwendet wird. Alternativ zu metallischen Reflektoren können diffus rückstreuende keramische Diffusoren oder partiell reflekierende und partiell rückstreuende glasierte keramische Reflektoren, beispielsweise AI2O3 verwendet werden.
Ein Aufbau, bei dem nur das Glühgut erwärmt wird, kann nur dann angewandt werden, wenn nach dem Aufheizen keine langsame Kühlung erforderlich ist, die ohne isolierenden Raum nur mit ständigem Nachheizen und nur mit sehr großem Aufwand mit einer akzeptablen Temperaturhomogenität darstellbar ist.
Der Vorteil eines derartigen Aufbaues ist die leichte Zugänglichkeit, beispielsweise für einen Greifer, was insbesondere bei der Heißformgebung von Interesse ist.
Alternativ hierzu kann sich die Heizeinrichtung und das Glühgut beziehungsweise das zu erwärmende Glas oder die Glaskeramik in einem mit IR-Strahlem bestückten IR-Strahlungshohlraum befinden. Das setzt voraus, daß die Quarzglasstrahler selbst genügend temperaturbeständig oder entsprechend gekühlt sind. Die IR-Strahler bestehend aus Heizwendel und typischerweise einem Quarzglasrohr können hierzu eine zusätzliche, von einem Kühlmittel durchströmte Ummantelung, beispielsweise ein weiteres Quarzglasrohr umfassen. Bevorzugt ist es, die Quarzglasrohre erheblich länger auszubilden als die Heizwendel und aus dem Heißbereich herauszuführen, so daß die Anschlüsse im Kaltbereich sind, um die elektrischen Anschlüsse nicht zu überhitzen. Die Quarzglasrohre können mit und ohne Beschichtung ausgeführt sein.
In Figur 3A ist eine erste Ausführungsform einer Heizvorrichtung mit einem Formgebungsverfahren mit einem IR-Strahlungshohlraum dargestellt. Die in Figur 3A dargestellte Heizvorrichtung umfaßt eine Vielzahl von IR- Strahlern 1 , die unterhalb eines Reflektors 3 aus stark reflektierendem bzw. stark rückstreuendem Material angeordnet sind. Durch den Reflektor 3 wird erreicht, daß die vom IR-Strahler in andere Richtungen abgegebene Leistung auf das Glas gelenkt wird. Die von den IR-Strahlern abgegebene
IR-Strahlung durchdringt teilweise das in diesem Wellenlängenbereich semitransparenten Glas 5 und trifft auf eine Trägerplatte 7 aus stark reflektierendem beziehungsweise stark streuendem Material. Besonders geeignet hierfür ist Quarzal, das auch im Infraroten ungefähr 90 % der auftreibenden Strahlung reflektiert. Alternativ hierzu könnte auch Al2O3
Verwendung finden, das einen Reflexionsgrad bzw. Remissionsgrad von ungefähr 98 % aufweist. Die Remissionskurve eines AI2O3-Materials über der Wellenlänge ist in Figur 2C gezeigt. Auf die Trägerplatte 7 wird das Glas 5 mit Hilfe von beispielsweise Quarzal- oder Al2O3-Streifen 9 aufgesetzt. Die Temperatur der Unterseite kann durch ein Loch 11 in der
Trägerplatte mittels eines Pyrometers gemessen werden.
Die Wände 10 können zusammen mit Reflektor 3 als Decke und Trägerplatte 7 als Boden bei entsprechender Ausgestaltung mit reflektierendem oder diffus rückstreuendem Material beispielsweise Quarzal oder AI2O3 einen IR-Strahlungshohlraum hoher Güte ausbilden.
In Figur 3B ist eine Vorrichtung zum Erwärmen von Glas und/oder Glaskeramik mit einem erfindungsgemäßen Hochpaßfilter gezeigt.
Die Wände 10 und der Boden bzw. die Trägerplatte 7 der in Figur 3B dargestellten Vorrichtung bestehen aus Quarzal.
Der in Figur 3B dargestellte Quarzalofen 16 ist im wesentlichen zylindrisch ' mit einem Innendurchmesser D, = 120 mm, einem Außendurchmesser Da = 170 mm und einer Höhe H = 160 mm. Der Quarzalofen umfaßt eine Bodenplatte und ist mit einer Platte 12 aus OH-reichem synthetischem Quarzglas mit einer Dicke von d = 6,3 mm abgedeckt. Diese Platte 12 dient als Filter für von den IR-Strahlem 1 abgegebene langwellige IR- Strahlung. Durch das Einbringen der Filterplatte 12, die als Hochpaßfilter wirkt, wird die von den IR-Strahlern 1 abgegebene Strahlung so gefiltert, daß keine oder nur vernachlässigbar wenig langwellige IR-Strahlung auf das zu erwärmende Glas 14 trifft. Das Glas 14 ist eine innerhalb des Quarzalofens in einer Höhe von 60 mm über dem Boden angeordnete 4 mm dicke Scheibe eines
Lithiumalumosilicat-Glases, die im Randbereich durch Magnesiumoxid- Stäbchen fixiert wird. Die Beheizung erfolgt durch ein 200 mm über dem Boden befindliches IR-Flächenheizmodul, bestehend aus sechs in einem vergoldeten Reflektor 3 angeordneten IR-Strahlern 1 umfassend eine Heizwendel 18 und ein Quarzglasrohr 20, die in vorliegendem
Ausführungsbeispiel eine Farbtemperatur von 3000 K aufweisen mit einer Leistungsdichte von maximal 600 kW/m2. Der beschriebene Aufbau befindet sich zur Vermeidung von Energieverlusten in einem zusätzlichen Quarzalstrahlungshohlraum, gebildet durch Wände 10 und Boden 7. Zur Regelung dient ein Eurotherm-PC3000-System, die Temperaturmessung erfolgt mittels eines 5μ-Pyrometers durch ein Loch 11 in der Bodenplatte 7.
Alternativ zu einer Ausgestaltung mit einer Filterplatte 12 wäre es auch möglich, daß die Heizeinrichtungen IR-Strahler mit einer Ummantelung umfassen, wobei die Ummantelung aus einem Material besteht, das als
Hochpaßfilter wirkt. Beispielsweise könnten die Quarzglasrohre der Ausführungsform gemäß Figur 3A, die die Heizwendel umschließen selbst aus einem OH-reichen, synthetischen Quarzglas bestehen oder von einem zusätzlichen solchen Quarzglasrohr ummantelt sein. Der Vorteil einer derartigen Ausgestaltung ist beispielsweise darin zu sehen, daß dasselbe
Kühlmedium, das zur Kühlung der IR-Strahler eingesetzt wird, zur Kühlung des Filtermediums, das sich durch die Absorption der langwelligen Strahlung erwärmt, verwendet werden kann.
Das Heizverfahren beziehungsweise die Wärmebehandlung kann wie nachfolgend beschrieben erfolgen:
Die Erwärmung von Glas oder Glaskeramik erfolgt zunächst in einem mit Quarzal umbauten IR-Strahlungshohlraum gemäß Figur 3A, dessen Decke durch einen Aluminiumreflektor mit darunter befindlichen IR-Strahlern gebildet wird, oder einer Vorrichtung gemäß Figur 3B. Die Proben werden in geeigneter Art und Weise gelagert.
Im IR-Strahlungshohlraum werden das Glas- bzw. die Glaskeramik durch mehrere Halogen IR-Strahler direkt angestrahlt.
Das Aufheizen des jeweiligen Glases bzw der Glaskeramik findet mittels Ansteuerung der IR-Strahler über einen Thyristorsteller auf Grundlage von Absorptions-, Reflexions- und Streuprozessen statt, wie nachfolgend eingehend beschrieben:
Da die Absorptionslänge der verwendeten kurzwelligen IR-Strahlung im Glas sehr viel größer ist als die Abmessungen der zu erwärmenden Gegenstände, wird der größte Teil der auftreffenden Strahlung durch die Probe hindurchgelassen. Da andererseits die absorbierte Energie pro Volumen an jedem Punkt des Glases nahezu gleich ist, wird eine über das gesamte Volumen homogene Erwärmung erzielt. Die IR-Strahler und die zu erwärmende Glaskeramik bzw. das zu erwämende Glas befinden sich in einem Strahlungshohlraum, dessen Wände, Boden und/oder Decke aus einem Material mit einer Oberfläche hoher Reflektivität bestehen, wobei zumindest ein Teil der Wand-, Boden und/oder Deckenfläche die auftreffende Strahlung überwiegend diffus zurückstreut. Dadurch gelangt der überwiegende Teil der zunächst von dem Glas- bzw. Glaskeramik hindurchgelassenen Strahlung nach Reflexion beziehungsweise Streuung an der Wand, Boden und/oder Decke erneut in den zu erwärmenden Gegenstand und wird wiederum teilweise absorbiert. Der Weg der auch beim zweiten Durchgang durch das Glas- bzw. die Glaskeramik hindurchgelassenen Strahlung setzt sich analog fort. Mit diesem Verfahren wird nicht nur eine in der Tiefe homogene Erwärmung erreicht, sondern auch die eingesetzte Energie deutlich besser als bei nur einfachem Durchgang durch das Glas- bzw. die Glaskeramik ausgenutzt.
Ein kleiner Anteil der von den Strahlern emittierten Strahlung, bei einer Farbtemperatur von 3000 K sind dies 14 %, entfällt jedoch auf den Wellenlängenbereich > 2,7 μm, in dem die meisten Gläser stark absorbieren, so daß hier ein Energieeintrag in die Oberfläche bzw. die oberflächennahen Schichten des Glases stattfindet. Dies begrenzt die bei der Erwärmung erreichbare Temperaturhomogenität.
Da die Erwärmung von transparentem oder semitransparentem Glas und/oder Glaskeramiken mittels kurzwelliger IR-Strahler zum größten Teil durch Strahlung in einem Wellenlängenbereich erfolgt, in dem das Glas weitgehend transparent ist, was für die meisten Gläser im Bereich kleiner 2,7 μm der Fall ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, langwellige IR- Strahlung mittels eines Hochpaßfilters auszufiltem. Bei Verwendung von Strahlern mit einer Farbtemperatur von 3000 K beispielsweise entfallen 86
% der emittierten Strahlung auf Strahlung mit einer Wellenlänge < 2,7 μm.
Soll die Erwärmung mittels kurzwelliger IR-Strahler auch für Prozesse eingesetzt werden, bei denen die Produktqualität empfindlich von der Temperaturhomogenität abhängt, so muß eine tiefenwirksame Beheizung des Glases durch kurzwellige IR-Strahlung erreicht werden, ohne daß der unvermeidbar im Spektrum der Strahler enthaltene langwellige (d.h. > 2,7 μm) Anteil zu unzulässigen Temperaturgradienten innerhalb des Glases führt. Ein derartiger Temperaturgradient kann vermieden werden, wenn man beispielsweise wie bei der Vorrichtung gemäß Figur 3B zwischen den IR-Strahlern 1 und dem zu erwärmenden Glasstück ein Filter 12 anordnet, das nur den kurzwelligen (d.h. < 2,7 μm) Teil der Strahlung hindurchläßt, den langwelligen Teil hingegen absorbiert bzw. reflektiert, so daß keine oder nur vernachlässigbar wenig langwellige Strahlung auf das zu erwärmende Glasstück trifft.
In Figur 4A ist die Temperaturverteilung auf der Ober- und Unterseite eines Lithiumalumosilicat (LAS)-Glases nach 20 s Aufheizung ausgehend von der Raumtemperatur dargestellt. Man erkennt, daß durch die Verwendung des OH-reichen Quarzglases als Hochpaßfilter die Temperaturdifferenz zwischen Ober- und Unterseite der LAS-Glasscheibe im Mittel nur etwa 2 K beträgt. Der Aufbau der Vorrichtung zum Erwärmen entspricht dem in Figur 3B dargestellten.
Figur 4B zeigt zum Vergleich die Temperaturverteilung, die sich unter den gleichen Versuchsbedingungen in einer Vorrichtung gemäß Figur 3B ohne
Einsatz einer Filterscheibe ergibt. Die maximale Abweichung zwischen Ober- und Unterseitentemperatur beträgt in diesem Fall 15 K.
Mit der Erfindung wird erstmals eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erwärmen beziehungsweise unterstützenden oder ausschließlichen
Beheizen von Gläsern bzw. Glaskeramiken angegeben, die eine homogene Erwärmung ohne Ausbildung eines Temperaturgradienten ermöglicht, eine hohe Energieausnutzung aufweist sowie eine Abbilden der Strahlungsquelle auf den zu erwärmenden Gegenstand vermeidet. Die Vorrichtung kann in einer Vielzahl von Gebieten der Glasverarbeitung eingesetzt werden. Nur beispielhaft und nicht abschließend seien die nachfolgenden Verwendungen aufgeführt:
- das temperaturhomogene Aufheizen eines Glaskeramikrohlinges bei der Keramisierung
- das schnelle Wiedererwärmen von Glasrohlingen für eine nachfolgende Heißformgebung
- die homogene Erwärmung von Faserbündeln auf Ziehtemperatur
- die unterstützende oder ausschließliche Beheizung bei der Formgebung, insbesondere beim Ziehen, beim Walzen, beim Gießen, beim Schleudern, beim Pressen, beim Blasen beim Blas-Blas Verfahren, beim Blasen beim Blas-Preß-Verfahren, beim Blasen beim Ribbon-Verfahren, zur Flachglasherstellung sowie zum Floaten
- die unterstützende oder ausschließliche Beheizung beim Kühlen, beim Verschmelzen, beim thermischen Verfestigen, beim Stabilisieren bzw.
Feinkühlen zum Einstellen einer gewünschten fiktiven Temperatur, einer gewünschten Brechzahl, einer gewünschten Compaction bei anschließender Temperaturbehandlung, beim Altern von Thermometergläsern, beim Entmischen, beim Färben von Anlaufgläsern, beim gesteuerten Kristallisieren, beim Diffusionsbehandeln, insbesondere chemischem Verfestigen, beim Umformen, insbesondere Senken, Biegen, Verziehen.Verblasen, beim Trennen, insbesondere Abschmelzen, Brechen, Schränken, Sprengen, beim Schneiden, beim Fügen und beim Beschichten.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erwärmen von Glas und/oder Glaskeramik umfassend 1.1 einen oder mehrere IR-Strahler, dadurch gekennzeichnet, daß 1.2 die Vorrichtung wenigstens ein Filterbauteil umfaßt, welches wenigstens einen Teil der langwelligen IR-Strahlung der IR-Strahler filtert, so daß keine oder nur wenig langwellige IR-Strahlung auf das und/oder die zu erwärmenden Glaskeramik- und/oder Glasteile trifft.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen IR-Strahlungshohlraum mit die IR-Strahlung reflektierenden bzw. rückstreuenden Wänden und/oder Decke und/oder Boden umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter mindestens 50 %, bevorzugt 80 %, besonders bevorzugt
90 %, insbesondere bevorzugt 95 %, außerordentlich besonders bevorzugt 98 % der IR-Strahlung mit einer Wellenlänge > 2,7 μm, die von dem bzw. den IR-Strahlern abgestrahlt wird, filtert.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter die langwellige IR-Strahlung absorbiert.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter die langwellige IR-Strahlung reflektiert.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine flache Scheibe ist, die zwischen den IR-Strahlern und dem zu erwärmenden Glaskeramik- und/oder Glasteil angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel der IR-Strahler von wenigstens einer Ummantelung umgeben sind, wobei wenigstens eine der Ummantelungen den Filter zum Filtern wenigstens eines Teiles der langwelligen Strahlung darstellt.
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein OH-reiches Glas umfaßt, das im kurzwelligen Bereich vorzugsweise schwächer absorbiert als das zu erwärmende Glas.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein synthetisches OH-reiches Quarzglas umfaßt.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter derart ausgeführt ist, daß die hindurchgelassene Strahlung diffus gestreut wird.
11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter gekühlt wird.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektivitat bzw. das Rückstreuvermögen der Wände und/oder Decke und/oder Boden mehr als 50 % der auftreffenden Strahlung beträgt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektivitat bzw. das Rückstreuvermögen der Wände und/oder Decke und/oder Boden mehr als 90 % bzw. 95 %, insbesondere mehr als 98 % der auftreffenden Strahlung beträgt..
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Wand und/oder der Decke und/oder des Bodens diffus rückstreuend ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden bzw. rückstreuenden Wände und/oder Decke und/oder Boden eines oder mehrere der nachfolgenden Materialien umfassen:
Al203; BaF2; BaTi03. CaF2; CaTi03; MgO • 3,5 AI2O3; MgO, SrF2; Si02; SrTi03; Ti02; Spinell; Cordierit;
Cordierit-Sinterglaskeramik
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Strahler eine Farbtemperatur größer als 1500 K, besonders bevorzugt größer als 2000 K, ganz bevorzugt größer als 2400 K, insbesondere größer als 2700 K, insbesondere bevorzugt größer als 3000 K aufweisen.
17. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Strahler gekühlt, insbesondere luft- oder wassergekühlt sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Strahler einzeln ansteuerbar und in ihrer elektrischen Leistung regelbar sind.
19. Verfahren zur Erwärmung mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung unter Einsatz von IR-Strahlung durchgeführt wird, wobei die IR-Strahlung mittels eines Filters für langwellige IR- Strahlung gefiltert wird, so daß keine oder nur wenig langwellige IR- Strahlung auf das zu erwärmende Glaskeramik- und/oder Glasteil trifft.
20. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 zum temperaturhomogene Aufheizen eines Glaskeramikrohlinges bei der Keramisierung
21. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 zum schnelle Wiedererwärmen von Glasrohlingen für eine nachfolgende ' Heißformgebung
22. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 zum homogene Erwärmung von Faserbündeln auf Ziehtemperatur
23. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 zur unterstützenden oder ausschließlichen Beheizung bei der Formgebung, insbesondere beim Ziehen, beim Walzen, beim Gießen, beim Schleudern, beim Pressen, beim Blasen beim Blas-
Blas Verfahren, beim Blasen beim Blas-Preß-Verfahren, beim Blasen beim Ribbon-Verfahren, zur Flachglasherstellung sowie zum Floaten
24. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 zur unterstützenden oder ausschließlichen Beheizung beim Kühlen, beim Verschmelzen, beim thermischen Verfestigen, beim Stabilisieren bzw. Feinkühlen zum Einstellen einer gewünschten fiktiven Temperatur, einer gewünschten Brechzahl, einer gewünschten Compaction bei anschließender Temperaturbehandlung, beim Altern von Thermometergläsern, beim Entmischen, beim Färben von Anlaufgläsern, beim gesteuerten Kristallisieren, beim Diffusionsbehandeln, insbesondere chemischem Verfestigen, beim Umformen, insbesondere Senken, Biegen, Verziehen,Verblasen, beim Trennen, insbesondere Abschmelzen, Brechen, Schränken,
Sprengen, beim Schneiden, beim Fügen und beim Beschichten.
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