Verfahren zum Umformen von Glasscheiben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen von Glasscheiben. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zum Herstellen von Systemen mit gebogenen Glasscheiben.
Beispielsweise in der Architektur, im Fahrzeugbau oder für industrielle An wendungen wie solarthermische Kraftwerke werden gebogene Glasscheiben, häufig mit großen Abmessungen, benötigt, die hohen Qualitätsanforderungen genügen. Um ästhetischen oder funktionellen Ansprüchen gerecht zu werden, sind oft konturtreue Biegungen mit genau vorgegebenen Biegeverläufen und glatte, wellenfreie Oberflächen gefragt.
Dokument FR 412 231 zeigt eine Form zum Biegen von Glas, bei der eine Kon- tur durch Rohre vorgegeben wird. Die Glasscheibe wird erwärmt und legt sich unter ihrem Eigengewicht unter Einfluss der Gravitation in die Form.
Derartige Verfahren haben den Nachteil, dass der Verlauf des Biegeprozesses nicht genau kontrolliert werden kann und die Prozesse verhältnismäßig lang dauern. Damit die Glasscheibe sich gut in die Form legt, muss die Glasscheibe zudem - insbesondere bei komplizierteren Formen - stark erhitzt werden. Wenn sich die Glasscheibe dann nach und nach in die Form legt, entstehen aufgrund der hohen Temperatur bzw. aufgrund des unkontrollierten Absen- kens ungewollte zusätzliche Verformungen und Welligkeiten durch die Rohre, auf denen die Glasscheibe zu liegen kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem ein kontrolliertes und präzises Umformen von Glasscheiben ermöglicht wird und ungewollte Verformungen vermieden werden.
Dies wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen An spruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteran sprüchen sowie aus der Beschreibung und den Figuren.
Bei dem Verfahren wird eine Glasscheibe zunächst erhitzt und dann gebogen, bis sie eine Form erreicht, die einer vorgegebenen Sollkontur entspricht.
Zum Biegen der Glasscheibe wird durch äußere Kräfte auf die Glasscheibe eingewirkt, wobei die äußeren Kräfte auf eine oder mehrere Kräfte der fol genden Aufzählung beschränkt sind:
- Gewichtskräfte, die durch ein Eigengewicht der Glasscheibe verursacht werden,
Kräfte, die durch Stützen, auf denen die Glasscheibe aufliegt, in dort aufliegende Oberflächenbereiche der Glasscheibe eingetragen wer den,
Kräfte, die durch Halterungen, in die ein Rand der Glasscheibe einge spannt ist, am Rand der Glasscheibe in die Glasscheibe eingetragen werden,
Druckkräfte, die durch eine oder mehrere Druckleisten in eine Oberflä che der Glasscheibe eingetragen werden, wobei in jedem
konkaven Teilbereich der Oberfläche höchstens eine
Druckleiste verwendet wird.
Erfindungsgemäß wird eine zeitliche Änderung einer lokalen Krümmung der Glasscheibe dabei so gesteuert, dass die Oberfläche der Glasscheibe die Soll kontur an allen Stellen der Oberfläche, die während des Umformens nicht unbewegt bleiben, gleichzeitig erreicht.
Die zeitliche Änderung der lokalen Krümmung kann dabei gesteuert werden, indem eine Temperatur und damit eine Viskosität der Glasscheibe während des Biegens ortsabhängig nicht konstant eingestellt wird. Alternativ oder zu sätzlich kann die zeitliche Änderung der lokalen Krümmung gesteuert werden, indem die durch die Halterungen eingetragenen Kräfte und/oder die durch die eine oder die mehreren Druckleisten eingetragenen Druckkräfte passend ein gestellt werden.
Demgemäß kann also bei der Erfindung die Summe der lokalen Biegemomen te, die aus den wirkenden Kräften (ausgewählt aus den oben genannten Mög lichkeiten) resultieren, so eingestellt werden, dass der Biegevorgang überall (d.h. für alle Bereiche der Glasscheibe) gleichzeitig beendet ist. In möglichen Ausführungen des Verfahrens kann zunächst eine Berechnung bzw. Betrach tung eines für eine bestimmte Krümmung benötigten Biegemoments erfol gen. Basierend darauf können die Kräfte und Momente nebst möglicherweise für die Einstellung des Biegemoments relevanter Hebel gewählt werden. Diese Auswahl kann also die Art der Kraft bzw. des Krafteinleitungsmittel sowie die Art der Befestigung der Glasscheibe betreffen. Bei der Bestimmung des benö tigten Biegemoments kann die Viskosität der Glasscheibe berücksichtigt wer den, die wiederum verfahrensgemäß lokal eingestellt werden kann, um das gleichzeitige Erreichen der Sollkontur zu ermöglichen. In der Praxis stehen also den möglichen Biegemomenteinstellungen die möglichen Viskositätsein stellungen gegenüber. In manchen Fällen sind der Einstellung der beiden Pa rameter physikalische oder praktische Grenzen gesetzt, so dass bei einer Be trachtung beider möglicherweise einstellbarer Parameter eine Optimierung des Prozesses vorgenommen werden kann, um den Biegeprozess möglichst wirtschaftlich gestalten zu können. Dieser Vorgang kann sowohl einmal auf der gesamten Glasscheibe angewandt werden, als auch nacheinander in meh reren Vorgängen entsprechend der vorstehenden Beschreibung auf Teilberei che der Glasscheibe.
In typischen Ausführungen wird insgesamt höchstens eine Druckleiste ver-
wendet. Grundsätzlich können es aber auch mehrere Druckleisten sein, wenn das zum Erreichen des erforderlichen Biegemomentenverlaufs notwendig ist. Die Wirkrichtung der einzelnen Druckleisten kann gleich oder verschieden sein.
Dadurch, dass die Umformung wie beschrieben überall gleichzeitig beendet ist, kann vermieden werden, dass einzelne Bereiche der Glasscheibe früher als andere fertig umgeformt sind und sich nach abgeschlossener Umformung zusätzlich ungewollt verformen, während die verbleibenden Bereiche die Soll kontur noch nicht erreicht werden. Weiterhin kann auf diese Weise eine Ge samtdauer des Umformprozesses optimiert werden.
Die Umformung kann durch die Sollkontur umschreibende Auflagen begrenzt werden. Die Auflagen können mit der Glasscheibe während der Verformung mitgeführt werden.
Wenn die Glasscheibe sich nach dem Umformen beispielsweise auf Auflagen, die etwa als Rohre ausgebildet sein können, legt, kann durch die gleichzeitige Beendigung des Umformprozesses in allen bewegten Scheibenbereichen ver mieden, dass einzelne Bereiche früher aufliegen und sich ungewollt durch den Druck der Auflagen weiter verformen.
Wie erwähnt, wird in jedem konkaven Teilbereich höchstens eine Druckleiste verwendet. Dabei sei erwähnt, dass hierunter auch solche Ausgestaltungen fallen, bei denen die Kraft an mehreren Krafteinleitungspunkten oder -flächen eingeleitet wird, wobei entsprechende Krafteinleitungsmittel beispielsweise nah beieinander angeordnet sind, etwa in einer Linie oder direkt nebeneinan der und/oder entsprechende Krafteinleitungsmittel zur Krafteinleitung ge meinsam bewegt werden. Für anmeldungsgemäße Verfahren kann dabei die genaue Ausgestaltung der Druckleiste oder die Anordnung der Krafteinlei tungspunkt oder -flächen von untergeordneter Relevanz sein. Ein Aspekt des vorgestellten Verfahren, der für einige Ausführungen relevant ist, ist vielmehr, dass in einem Bereich, in dem sich das Vorzeichen der Krümmung der Sollkon tur nicht ändert, nicht mehrere unabhängig voneinander bewegte konkavsei tige Leisten verwendet werden.
Für den zeitlichen Verlauf einer lokalen Krümmung ki(t), der im Verfahren für alle Punkte i der Glasscheibe kontrolliert werden soll, gilt am Punkt i eine Ab hängigkeit der Form: ki(t) oc Mi *t / (ni(T)*li).
Dabei ist M, das lokal wirkende Biegemoment, t die Zeit, T die Temperatur, Hi(T) die Viskosität, die die lokale plastische Verformbarkeit angibt und von der Temperatur abhängig ist, und 1, das lokale Flächenträgheitsmoment. Das Symbol oc steht für„ist proportional zu".
Das Flächenträgheitsmoment 1, ist üblicherweise für eine gegebene Glasschei be durch die Abmessungen vorgegeben und nicht veränderbar.
Die Krümmung hängt weiterhin aber insbesondere vom eingeleiteten Biege moment, welches aus den wirkenden Kräften resultiert, und der Viskosität, die temperaturabhängig ist, ab. Jeder dieser beiden Parameter kann im Sinne der Erfindung für sich genommen lokal variiert werden, während der jeweils andere unverändert bleibt. Es können aber auch beide Parameter lokal vari iert werden.
Die lokale Umformung wird dabei durch das Verhältnis Biegemoment zu Vis kosität bestimmt (M/h). Bei variablen Querschnitten muss gegebenenfalls noch das lokale Flächenträgheitsmoment berücksichtigt werden.
Bei einer möglichen Vorgehensweise werden bei homogener Temperatur und somit homogener Viskosität zunächst äußere Kräfte eingeleitet. Durch äußere Randbedingungen können dieser Vorgehensweise in manchen Fällen Grenzen gesetzt, beispielsweise durch die Wirkung der Schwerkraft, die sich in man chen Fällen nicht wie benötigt einstellen lässt. Auch lassen sich beispielsweise nicht beliebig Auflager und Krafteinleitungspunkte setzen, so dass einer Ge staltung des Biegemomentenverlaufs auf dem Wege der Krafteinleitung Gren zen gesetzt sind. Um diese Limitationen zu überkommen, wird vorgeschlagen, durch eine kontrollierte Temperaturverteilung das Verhältnis (M/h) zu beein flussen und auf diesem Wege die Umformung zu steuern.
Für eine gewünschte zeitabhängige Krümmung kann das benötigte Verhältnis Mί/h, an jedem Ort und für jeden Zeitpunkt des Umformprozesses bestimmt werden. Das Verhältnis an sich und/oder Zähler und Nenner für sich genom men können über den Biegevorgang hinweg konstant gehalten oder mit der Zeit verändert werden.
Die mögliche Variation des eingeleiteten Biegemoments erfolgt, indem die eingeleitete Kraft lokal variiert bzw. gesteuert wird. Die mögliche Variation der Viskosität erfolgt, indem die Temperatur der Glasscheibe lokal variiert bzw. gesteuert wird. Zur Steuerung der Temperatur kann die Glasscheibe bei spielsweise mittels eines Lasers erhitzt werden. Es können aber auch andere Methoden zum Heizen eingesetzt werden, etwa ein Ofen mit lokal einstellba rer Temperatur.
Die Glasscheiben können beispielsweise eine Dicke von mindestens 3 mm und/oder höchstens 10 mm aufweisen.
Die Variation der Kräfte und der Temperatur wird weiter unten noch ausführ licher erläutert.
Wenn die Glasscheibe beispielsweise nur unter Zuhilfenahme höchstens einer Druckleiste gebogen wird, während sie am Rand von Halterungen gehalten wird, mit der zusätzliche Kräfte eingeleitet werden, oder während sie am Rand auf Stützen aufliegt, kann die Glasscheibe derart in die Sollkontur gebogen werden, dass diese von allen Punkten der Glasscheibe gleichzeitig erreicht wird, wobei die Sollkontur einen analytischen Verlauf aufweisen kann. Hier kann es sich beispielsweise um eine Parabelform oder ein Kreissegment han deln, in die die Glasscheibe entlang einer ihrer Ausdehnungen gebogen wird. Insbesondere kann die Glasscheibe auf voller Länge eine solche Form anneh men. Dies stellt einen Unterschied zum Stand der Technik dar, wonach solche Konturen entweder nicht gleichzeitig erreicht werden, oder der analytische Verlauf nicht über die komplette Glasscheibe gegeben ist, sondern vielmehr durch den Einsatz einer Mehrzahl Druckleisten oder anderer Krafteinlei tungsmittel segmentweise Kraft in die Glasscheibe eingeleitet wird, so dass die Glasscheibe eine polygonhafte Kontur erhält.
Es ist hervorzuheben, dass gemäß dem Stand der Technik Auflagen zum Ein satz kommen, die die Sollkontur beschreiben und diese somit vorgeben, so dass sich die Glasscheibe bei Erwärmung absenkt und in die Sollkontur legt.
Die Biegelinie der Glasscheibe ist dabei nach dem Stand der Technik unabhän gig von der Sollkontur. Mit fortschreitender Umformung kommt die sich sen kende Glasscheibe nach und nach, oft in zufälliger Reihenfolge, in Kontakt. Dadurch ändern sich durch den zunehmenden Kontakt mit den Auflagen die Lagerbedingungen und damit der Biegemomentenverlauf. Wenn sich die Scheibe komplett abgesenkt hat, ist zwar die Sollkontur erreicht, die Glas scheibe hat jedoch eine Abfolge von Biegemomenten erfahren, die durch das zeitlich versetzte Ablegen zustande bestimmt sind. Dadurch entstehen unge wollte Konturabweichungen und Welligkeiten.
Bei dem hier vorgestellten Verfahren sind im Gegensatz dazu derartige Aufla gen überhaupt nicht notwendig, um die Glasscheibe in die gewünschte Kontur zu bringen. Die Umformung wird durch geeignete Prozessbedingungen, Kräf te, Biegemomente und Temperaturen gesteuert, die Umformung muss ledig lich zum richtigen Zeitpunkt gestoppt werden. Letzteres kann in manchen Fäl len mit Zielauflagen erreicht werden. Diese dienen also lediglich dazu, die Um formung an der richtigen Stelle zu beenden und ein größeres zeitliches Pro zessfenster zu eröffnen. Auch zum Beenden der Umformung sind aber derar tige Zielauflagen nicht zwingend nötig, beispielsweise wenn die Glasscheibe so angeordnet ist, dass die Schwerkraft keinen Einfluss auf die Umformung hat, und der Prozess durch Beendigung der Krafteinleitung beendet werden kann.
Mit dem hier vorgestellten Verfahren wird insbesondere ein Umformen von Glasscheiben vorteilhaft ermöglicht, bei dem die Sollkontur einen Bereich aufweist, der eine Kreissegmentform oder eine quadratische Parabelform aufweist.
In einer Ausführung kann insbesondere eine Kontrolle der zeitabhängigen Krümmung einzig durch eine lokale Variation der eingeleiteten Kraft vorge nommen werden, während die Temperatur bzw. die Viskosität überall in der Glasscheibe gleich oder im Wesentlichen gleich ist. Andererseits kann in einer alternativen Ausführung eine Kontrolle der zeitabhängigen Krümmung einzig durch eine lokale Variation der Temperatur vorgenommen werden, während
die wirkende Kraft ausschließlich die Schwerkraft ist, die auf die Glasscheibe wirkt.
In den beschriebenen Verfahren kann eine Steuerung der Kraft und/oder der Temperatur einem voreingestellten Verlauf folgen. Dieser kann beispielsweise vorberechnet sein, beispielsweise unter Zuhilfenahme vorbekannter physikali scher Eigenschaften einer zu biegenden Glasscheibe, oder experimentell er mittelt sein. Bei einer Vorberechnung können fortgeschrittene Materialmo delle für eine thermische Leitfähigkeit, Viskosität und Temperaturverteilung zum Einsatz kommen, die beispielsweise in numerische und/oder analytische Berechnungen einbezogen werden.
Durch eine zeitliche Veränderung der Parameter M, und h, ergeben sich noch zusätzliche Möglichkeiten, den Biegevorgang zu kontrollieren und, wenn nö tig, auch zu korrigieren.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann die Temperatur der Glasscheibe und/oder die Verformung der Glasscheibe überwacht werden. Beispielsweise können für die Überwachung der Temperatur und/oder der Verformung opti sche Messapparaturen bereitgestellt werden.
Die Temperatur der Glasscheibe kann also, zumindest in zu biegenden Berei chen, während des Biegens überwacht werden. Dies kann beispielsweise thermographisch, etwa mit einer Thermokamera, geschehen. Es können al ternativ oder zusätzlich aber auch Thermoelemente zum Einsatz kommen.
Zur Messung der Verformung können beispielsweise Kameras, etwa Stereo- Kameras, und/oder Laserabstandssensoren und/oder Laserscanner verwendet werden.
Dabei kann beispielsweise das Produkt Aramis zum Einsatz kommen. Dabei handelt es sich um ein (Stereo-)Kamerabasiertes Auswertesystem, mit wel chem Konturen berührungslos gemessen werden können. Durch eine Abfolge von Aufnahmen können damit dreidimensionale Verformungen nach dem Prozess oder auch in-situ gemessen werden.
In möglichen Verfahren gemäß dieser Anmeldung kann basierend auf der Temperatur und/oder der Verformung der Glasscheibe die Temperatur und damit die Viskosität der Glasscheibe während des Biegens ortsabhängig gere gelt werden. Alternativ oder zusätzlich können basierend auf der Temperatur und/oder der Verformung der Glasscheibe die eingetragenen Kräfte geregelt werden. Es können also insbesondere die durch die Halterungen eingetrage nen Kräfte und/oder die durch die eine Druckleiste oder durch die mehreren Druckleisten eingetragenen Druckkräfte geregelt werden.
Ein anmeldungsgemäßes Verfahren kann beispielsweise einige oder alle der folgenden Schritte in der Reihenfolge ihrer Nennung oder in einer anderen Reihenfolge umfassen:
(a) Berechnung von M/h auf Grundlage der gewünschten Sollkontur, für alle Punkte auf der Oberfläche der Glasscheibe,
(b) Berechnung lokal wirkender Biegemomente, die aufgrund von Rand bedingungen wie beispielsweise Lagerbedingungen und/oder Schwerkraft herrschen,
(c) Berechnung von Kräften oder eines zeitlichen Verlaufs von Kräften, die mittels Druckleisten und/oder Halterungen eingeleitet werden können, zur Optimierung der Biegemomente,
(d) Berechnung eines lokalen Temperaturfeldes zum Einstellen der in Schritt (a) bestimmten M/h-Verteilung,
(e) Einbringen der in Schritt (c) ermittelten Kräfte und Einstellen der in Schritt (d) ermittelten Temperatur.
Schritt (b) trägt den beispielsweise durch ein Biegewerkzeug vorgegebenen Randbedingungen Rechnung. Schritt (c) und (d) werden üblicherweise in Ab hängigkeit voneinander durchgeführt. Beispielsweise können die einleitbaren Kräfte aus (c) durch das Biegewerkzeug limitiert sein. Die Temperatureinstel lungen aus (d) können neben den eingeleiteten Kräften korrigierend wirken, beispielsweise bei Sollkonturen, die mit den vorhandenen Druckleisten oder Halterungen alleine nicht erreicht werden können, oder wenn Druckleisten oder Halterungen weitestgehend oder komplett vermieden werden sollen.
Die Temperatursteuerung in Schritt (e) kann durch einen lokalen Energieein-
trag erfolgen, beispielsweise mittels eines Lasers, mit dem die Glasscheibe lokal bestrahlt wird. Dabei kann über eine Verweilzeit des Lasers an einem bestimmten Ort und/oder über eine Strahlleistung eine Anpassung des Ener gieeintrags erfolgen.
Eine mögliche Regelung eines wie oben beschriebenen Verfahrens kann bei spielsweise durch ein selbst lernendes System, beispielsweise mittels eines künstlichen neuronalen Netzes, erfolgen. Ein solches Verfahren kann einen oder mehrere zusätzliche Schritte umfassen, beispielsweise, in dieser oder einer anderen Reihenfolge, die Schritte:
(f) Erfassen der Temperatur, beispielsweise an Messstellen in einem Ofen und/oder mittels einer Thermokamera zur Messung der Temperatur der Glas scheibe,
(g) Erfassen der Verformung, beispielsweise in situ, etwa mittels Aramis und/oder mittels eines Laserscanners bzw. Lasermesssystems,
(h) Vergleich von Isttemperatur und Solltemperatur,
(i) Vergleich von Istkontur und Sollkontur,
(j) Verarbeiten von Abweichungen aus (h) und/oder (i),
(k) Berechnen von Korrekturparametern aus den Abweichungen aus (j),
(L) Korrektur der Temperatur, beispielsweise durch Korrektur der Leis tungsverteilung des Lasers und/oder der Kraft, beispielsweise durch Anpassen einer Bewegung der Halterungen und/oder der Druckleiste(n),
(m) Verarbeiten und Sammeln von Erfahrungswerten
Die Schritte (f) bis (m) können dann beispielsweise zyklisch mehrfach wieder holt werden.
Im Folgenden werden mechanische Aspekte des Verfahrens weiter diskutiert.
Bei dem Verfahren kann es sein, dass die Sollkontur durch eine oder mehrere Zielauflagen eines Biegewerkzeug vorgegeben wird. I n einer möglichen Aus führung berührt die Glasscheibe diese Zielauflagen während des Biegens nicht sondern kommt erst bei Beendigung des Umform Vorgangs auf den Zielaufla gen zu liegen. Die Glasscheibe wird dann also so wenig wie möglich geführt, um den oben beschriebenen analytischen Verlauf zu erreichen und Druckstel-
len zu vermeiden.
Bei den Kräften, die durch die Halterungen eingetragen werden, kann es sich um Zugkräfte und/oder um Drehmomente handeln. Beispielsweise können an gegenüberliegenden Rändern der Glasscheibe Drehmomente etwa durch ent gegengesetzte Rotation der Halterungen, derart eingeleitet werden, dass die Glasscheibe sich verformt und eine Sollkontur einnimmt, die beispielsweise einem Kreissegment entspricht.
Es können aber auch Halterungen verwendet werden, mit denen die Glas scheibe an gegenüberliegenden Rändern auf Zug gehalten wird, wobei die Glasscheibe sich dann nach und nach, unter nachlassendem Zug, bei zu Beginn der Umformung orthogonal zur Oberfläche der Glasscheibe gerichteter Ge wichtskraft verformt. Die Verformung kann dann beendet werden, indem die Glasscheibe in eine durch das Biegewerkzeug vorgegebene Form gelegt wird oder indem die Halterungen nicht weiter nachgeben und die Glasscheibe schließlich abgekühlt wird. Durch alle derartigen Verfahren können Sollkontu ren erreicht werden, die sich von einer Kontur unterscheiden, in die sich die die Glasscheibe legen würde, wenn sie nur an Rändern aufläge und einzig die Gewichtskraft wirken würde.
Die Sollkontur kann mehrere Bereiche umfassen, die in entgegengesetzte Richtungen gebogen werden. Ein Vorzeichen einer Krümmung kann sich also zwischen zwei benachbarten Bereichen ändern. So können beispielsweise mehrere Bögen, beispielsweise s-förmig, in die Scheibe eingebracht werden. Für jeden Bogen kann eine Druckleiste zur Verfügung gestellt werden. Die Biegung der in entgegen gesetzte Richtung verlaufenden Bögen kann gleich zeitig durchgeführt werden oder in zeitlich nacheinander ablaufenden Biege vorgängen.
Die erwähnte Variation der Temperatur kann lokal entlang einer ersten Aus dehnungsrichtung der Glasscheibe räumlich variiert werden und in einer orthogonal zu der ersten Ausdehnungsrichtung verlaufenden zweiten Aus dehnungsrichtung konstant oder im Wesentlichen konstant eingestellt wer den. Derartige Temperaturverläufe begünstigen ein eindimensionales Biegen. Zweidimensional variable Temperaturverläufe sind in anderen Ausführungen
ebenfalls möglich.
Wenn die Temperatur in der zweiten Ausdehnungsrichtung konstant einge stellt wird, kann die Temperatur der Glasscheibe entlang der ersten Ausdeh nungsrichtung abschnittsweise konstant eingestellt werden. So entstehen streifenförmige äquitherme Abschnitte. Diese äquithermen Abschnitte kön nen beispielsweise Breiten von mindestens 1.5 mm und/oder von höchstens 1 m aufweisen. Insbesondere können diejenigen der äquithermen Abschnitte, in die eine Krümmung eingebracht wird oder in denen eine Krümmung verän dert wird, Breiten von mindestens 1.5 mm oder 3 mm oder 4 mm oder 0,5 cm und/oder von höchstens 1 m aufweisen.
Ein Laser zum Erwärmen der Glasscheibe, mit dem sich derartige äquitherme Abschnitte herbeiführen lassen, kann beispielsweise eine Spotgröße von 5mm aufweisen. Für äquitherme Bereiche können auch bewegte Erwärmungszonen mit anderen Heizmitteln verwendet werden.
Eine erste Temperatur eines ersten solchen äquithermen Abschnitts der Glas scheibe, in den eine Krümmung eingebracht wird, kann sich von einer zweiten Temperatur eines zweiten äquithermen Abschnitts der Glasscheibe, in den eine Krümmung eingebracht wird, um beispielsweise mindestens 1 Kelvin oder mindestens 5 Kelvin oder mindestens 10 Kelvin und/oder höchstens 30 Kelvin unterscheiden.
Zwei solche äquithermen Abschnitte, in die beispielsweise jeweils Krümmun gen eingebracht werden sollen, können beispielsweise aneinander angrenzen. Es kann aber auch ein zusätzlicher Übergangsbereich zwischen ihnen liegen, in dem beispielsweise eine andere Temperatur herrscht und/oder in dem die Temperatur sich kontinuierlich räumlich ändert und/oder in den keine Krüm mung eingebracht wird.
Beispielsweise können zwei, drei, vier, oder mehr äquitherme Abschnitte vor gesehen sein, in die jeweils Krümmungen eingebracht werden sollen, wobei sich die Temperatur jedes der äquithermen Abschnitte von der Temperatur eines oder zweier zu dem Bereich benachbarter äquithermer Abschnitte un terscheidet, wobei benachbarte äquitherme Abschnitte aneinander angren-
zen können oder zwischen benachbarten Abschnitten ein Übergangsbereich vorgesehen ist.
Ein erster äquithermer Abschnitt kann beispielsweise eine Temperatur von zwischen 615°C und 625°C aufweisen, ein zweiter, zu dem ersten Abschnitt benachbarter äquithermer Abschnitt kann eine Temperatur von zwischen 635°C und 645°C aufweisen und ein möglicher dritter äquithermer Abschnitt, der zu dem zweiten äquithermen Abschnitt benachbart ist, kann eine um 1 K oder 5 K oder 10 K bis 30 K höhere oder niedrigere Temperatur aufweisen als der zweite Abschnitt.
In möglichen Ausgestaltungen des Verfahrens kann ein Krümmungsradius, der in einen Bereich der Glasscheibe eingebracht wird, beispielsweise kleiner als 100 mm oder kleiner als 10 mm sein oder 5mm oder weniger sein. Dieser Be reich kann dabei einen oder mehrere der oben erwähnten äquithermen Ab schnitte umfassen. Mit dem vorgestellten Verfahren können so Konturen her gestellt werden, die sehr kleine Biegeradien haben und als akzentuierte Kan ten wirken. Beispielsweise können die Biegeradien ungefähr der Dicke der Glasscheibe entsprechen.
Bei dem Verfahren ist es möglich, gezielt nur diejenigen Bereiche der Glas scheibe zu erhitzen, in die eine Krümmung eingebracht wird. So kann Energie gespart werden. Diese Bereiche können auch wieder aus den äquithermen Abschnitten bestehen oder diese umfassen.
Ferner ist es möglich, Bereiche, in denen keine Krümmung eingebracht wird, und/oder Bereiche, in denen sich beispielsweise Zielauflagen, Führungsaufla gen, Stützen oder Halterungen befinden, nicht zu erhitzen oder zumindest kälter, insbesondere unter der Erweichungstemperatur, zu halten, um in die sen Bereichen eine ungewollte Verformung zu verhindern.
Beispielhaft sei nachfolgend eine Ausführung des Verfahrens geschildert, die insbesondere zum Einbringen kleiner Krümmungsradien geeignet sein kann.
In dieser Ausführung des Verfahrens liegt die Glasscheibe derart auf, dass ein Teil der Glasscheibe, der während des Verformungsprozesses bewegt werden
soll, übersteht, so dass der überstehende Abschnitt zumindest auch durch die Gewichtskraft bewegt wird. In möglichen Ausführungen wird außer der Ge wichtskraft keine weitere Kraft eingeleitet. In anderen möglichen Ausführun gen werden zusätzliche Kräfte eingeleitet, um ein gewünschtes Biegemoment einzustellen. Die zusätzlichen Kräfte können etwa durch Druckleisten oder mit Hilfe von Klemmen eingeleitet werden.
Ein erreichbarer innerer Krümmungsradius, der bei dem Verfahren eingestellt werden soll, kann beispielsweise etwa der Dicke der Glasscheibe entsprechen oder auch leicht darunter liegen. Beispielsweise beträgt er mindestens 2,5 mm oder mindestens 3 mm oder mindestens 4 mm. Er kann beispielsweise höchstens 300 mm betragen.
Bei dem Verfahren kann in einen innliegenden Abschnitt der Glasscheibe eine Krümmung eingebracht werden, während in verbleibende außenliegende Ab schnitte keine Krümmung eingebracht wird. Dabei kann die Temperatur der Glasscheibe lokal entlang einer ersten Ausdehnungsrichtung der Glasscheibe ortsabhängig variiert werden und in einer orthogonal zu der ersten Ausdeh nungsrichtung verlaufenden zweiten Ausdehnungsrichtung ortsabhängig kon stant eingestellt werden. Dabei können in dem innenliegenden Abschnitt mehrere, also beispielsweise mindestens zwei, Bereiche unterschiedlicher Temperatur vorliegen, deren Temperatur jeweils oberhalb der Verformungs temperatur liegt. Die Temperatur kann in den außenliegenden Bereichen da bei unterhalb der Verformungstemperatur gehalten werden. Die Verformung wird dann nur im innenliegenden Abschnitt eingeleitet und somit in einem räumlich begrenzten Gebiet, was einer besonders scharfen Biegung entspre chen kann.
Eine Breite des innenliegenden Abschnitts in die erste Ausdehnungsrichtung kann beispielsweise mindestens die Glasdicke betragen oder mindestens 3 mm oder mindestens 4 mm betragen. Sie kann auf der anderen Seite bei spielsweise höchstens 200 mm oder höchstens 100 mm oder höchstens 50 mm betragen. Es wird dann nur in einem entsprechend breiten Streifen die Biegung eingebracht und so eine scharfe Biegung erzeugt.
Zum Erreichen eines speziell gewünschten Verlaufs der Biegung können in dem innenliegenden Bereich mindestens drei oder mindestens vier oder min-
destens fünf äquitherme Bereiche unterschiedlicher Temperatur vorliegen. Das ist so zu verstehen, dass jeder dieser Bereiche eine zu seinem Nachbarbe reich unterschiedliche Temperatur aufweist und die Temperatur also auf ei nem entsprechend schmalen Streifen einstellbar ist. Dabei ist es selbstver ständlich nicht ausgeschlossen, dass zum Erreichen einer gewünschten Bie gung zueinander benachbarte Bereiche zumindest vorübergehend auch eine identische Temperatur aufweisen können. Entscheidend für das Verfahren ist eine durch derartige fein einstellbare Streifen erreichbare besonders genaue Anpassung der Biegung. Eine Höchstzahl in dem innenliegenden Bereich vor liegender äquithermer Bereiche unterschiedlicher Temperatur im obigen Sin ne kann beispielsweise 15 betragen. So kann einerseits ein Vorteil der Erfin dung im Erreichen möglichst scharfer Knicke liegen, wenn die Streifen ent sprechend schmal gewählt werden. Andererseits ist das Verfahren aber auch geeignet, auf einem verhältnismäßig großen Streifen eine Biegung einzubrin gen, die sehr viel genauer einer bestimmten Form folgt, als es mit bisherigen Methoden möglich ist. So kann beispielsweise auf einem Abschnitt von bis zu 250 mm oder 200 mm oder beispielsweise von bis zu einem 20-fachen der Glasdicke eine gewünschte Biegung eingebracht werden. Beispielsweise kann auf einem Streifen mit einer solchen Breite ein Kreissegment (etwa ein Vier telkreis) eingebracht werden. Auch hier können dann entsprechend eine Viel zahl äquithermer Streifen eingebracht werden - beispielsweise bis zu 20 da von.
Jeder der Bereiche unterschiedlicher Temperatur in dem innenliegenden Ab schnitt kann beispielsweise eine in die erste Ausdehnungsrichtung gemessene Breite von mindestens 1,5 mm oder mindestens 2 mm haben. Zumindest ei ner der Bereiche kann eine Breite von höchstens 12 mm, vorzugsweise höchs tens 10 mm, besonders bevorzugt höchstens 8 mm haben. Es kann auch sein, dass zumindest einer der Bereiche eine Breite hat, die höchstens der dreifa chen oder höchstens der doppelten Glasdicke entspricht. In möglichen Aus führungen haben alle der Bereiche im innenliegenden Abschnitt diese Höchstbreite.
Beispielsweise ist es möglich, dass die Zielkontur in dem innenliegenden Ab schnitt einen konstanten Krümmungsradius aufweist, die gebogene Glas scheibe also dort die Form Kreissegments bildet. Dabei können beispielsweise
die innenliegenden Abschnitte eine räumlich von Bereich zu Bereich stetig ansteigende Temperatur aufweisen, wobei der Abschnitt, der dem aufliegen den Abschnitt am nächsten ist, die niedrigste Temperatur haben kann.
Das beschriebene Verfahren mit all seinen möglichen beschriebenen Ausfüh rungen kann zum Biegen von großen Scheiben verwendet werden. Das heißt, es ist nicht nur für kleine Scheiben oder Scheiben mit Standardabmessungen, deren einzelne Seiten beispielsweise höchstens 1,7m lang sind, geeignet, son dern insbesondere auch für Scheiben mit größeren Abmessungen. Beispiels weise können Scheiben, bei denen mindestens eine Seitenlänge mindestens 6 m oder mindestens 9 m oder zwischen 16 und 20 m beträgt, gebogen werden. Beispielsweise kann bei Scheiben, die eine Seite haben, die zwischen 16 und 20 m lang ist, diese 16 bis 20 m lange Seite mit einem wie oben beschriebenen Verfahren gebogen werden.
Es ist hervorzuheben, dass derartige große Scheiben anmeldungsgemäß einstückig gebogen werden können, um beispielsweise eine Sollkontur anzu nehmen, die einem analytischen Verlauf, etwa einer quadratischen Parabel oder einem Kreissegment, folgt. Die Scheiben müssen vor dem Biegeprozess weder zerteilt, noch durch mehrere Druckleisten segmentweise polygonartig gebogen werden.
Ein Beispiel für eine Anwendung eines wie oben beschriebenen Verfahrens ist die Herstellung einer gebogenen Doppelscheibe oder Mehrfachscheibe. Bei einer solchen Doppelscheibe oder Mehrfachscheibe, die beispielsweise in der Architektur zum Einsatz kommen kann, wird beispielsweise zumindest zwi schen zwei Scheiben ein Isolierspalt, der beispielsweise mit einem Medium gefüllt wird, zur Verfügung gestellt.
Nach dem Stand der Technik werden zur Herstellung solcher Doppelscheiben beide Scheiben der Doppelscheibe als Paar gebogen, wobei sie bereits aufei- nanderliegen. Durch Biegeverfahren gemäß dem Stand der Technik entste hende Konturfehler befinden sich somit in beiden Scheiben, so dass zumin dest eine Passgenauigkeit gewährleistet wird.
In dieser Anmeldung wird als mögliche Anwendung des oben geschilderten Verfahrens ein Verfahren zum Herstellen von Doppelscheiben oder Mehrfach-
scheiben vorgeschlagen, bei dem eine erste Glasscheibe und eine zweite Glas scheibe separat, jeweils nach einem Verfahren gemäß dieser Anmeldung, ge bogen werden. Anschließend können die erste und die zweite Glasscheibe flächig übereinander angeordnet werden und die Scheiben miteinander ver bunden werden, wobei zwischen der ersten und der zweiten Glasscheibe ein Isolierspalt verbleibt. Aufgrund der genauen Kontrollierbarkeit des Verfahrens gemäß dieser Anmeldung kann gewährleistet werden, dass jede der Scheiben eine hohe Konturtreue aufweist, so dass die Scheiben die gewünschte Form gut reproduzieren und außerdem aufeinander passen.
In einer weiteren Ausführung des Verfahrens ist es auch möglich, dass eine erste Glasscheibe durch ein Verfahren gemäß Anmeldung gebogen wird und anschließend mit einer zweiten Glasscheibe verbunden wird, wobei die zweite Glasscheibe nicht notwendigerweise gebogen sein muss. Etwa kann in die erste Glasscheibe eine bestimmte Struktur eingebracht werden und diese ers te Glasscheibe mit der zweiten, flachen Glasscheibe verbunden werden. So kann ein geformter Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten Glas scheibe hergestellt werden und/oder eine Struktur auf einer Außenseite der Mehrfachscheibe bereitgestellt werden. In dem geformten Zwischenraum kann, beispielsweise für Sonderanwendungen auch zusätzliches Material ein gebracht werden und der geformte Zwischenraum kann daran angepasst sein. Das zusätzliche Material ist dabei in seinem Aggregatzustand nicht be schränkt. Es kann sich beispielsweise um ein Gas oder um elektronische Kom ponenten oder auch um einen Feststoff oder ein Fluid handeln und einen äs thetischen oder einen funktionellen Zweck erfüllen.
Das Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachscheibe mit mehreren flächig aufeinander angeordneten gebogenen - insbesondere scharf gebogenen - Glasscheiben kann beispielsweise die oben beschriebene Verfahrensvariante beinhalten, bei der jede der Glasscheiben gebogen wird, indem sie derart auf gelegt wird, dass ein Teil der Glasscheibe, der während des Verformungspro zesses bewegt werden soll, übersteht, so dass der überstehende Abschnitt zumindest auch durch die Gewichtskraft bewegt wird. Dabei kann ferner eine Fixierung des aufliegenden Abschnitts erfolgen.
Dadurch wird ein Einbringen kleiner Krümmungsradien besonders vorteilhaft
ermöglicht - es kann also eine Herstellung besonders scharf gebogener Mehr fachscheiben ermöglicht werden, wobei der Krümmungsradius in jeder der dort enthaltenen Glasscheiben besonders genau einstellbar sein kann.
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachscheibe oder Doppelschei be können also die erste Glasscheibe und die zweite Glasscheibe separat je weils durch ein anmeldungsgemäßes Verfahren gebogen werden, und die erste und die zweite Glasscheibe anschließend flächig übereinander an geordnet werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachscheibe können die Krüm mungsradien in der ersten und der zweiten Glasscheibe so gewählt sein und die Scheiben derart aneinander angeordnet sein, dass zwischen ihnen ein Ab stand herstellbar ist, wobei dieser Abstand vorzugsweise überall gleich groß oder im Wesentlichen gleicht groß ist. Es kann also eine besonders genaue Passform ermöglicht werden. Dieser Abstand kann als Isolierspalt verbleiben und/oder es kann darin eine Folie angeordnet werden und/oder ein Ab standshalter. Es kann in diesem Abstand, beispielsweise für Sonderanwen dungen, auch das zusätzliche Material angeordnet werden.
Insbesondere wenn die Temperatur beim Biegen jeder der Glasscheiben der Mehrfachscheibe so eingestellt wird, dass in dem innenliegenden Abschnitt zwei oder mehr Bereiche unterschiedlicher Temperatur vorliegen, kann die Krümmung in allen Glasscheiben der Mehrfachscheibe besonders präzise ein gestellt werden. Etwa können beim Biegen der verschiedenen Glasscheiben die Krümmungsradien an die jeweils benachbarten Glasscheiben angepasst werden, wobei zudem auch dazwischenliegende mögliche Abstandshalter oder gar Foliendicken genau berücksichtigt werden können.
In möglichen Ausführungen von Doppelscheiben oder Mehrfachscheiben ge mäß dieser Anmeldung weist das Scheibenpaar eine scharfe Biegung bzw. einen Knick von zwischen 30° und 120° auf, insbesondere Winkel von 80° bis 100°. Ein Krümmungsradius einer solchen Doppelscheibe kann beispielsweise zwischen 5 mm und 20 mm betragen.
Eine weitere mögliche Anwendung des vorgestellten Verfahrens betrifft die Herstellung von einlaminierten Solarzellen. Bei solchen Solarzellen wird eine
Solarzelle auf die Rückseite einer mit dem hier gezeigten Verfahren geboge nen Glasscheibe laminiert. Auf der der Glasscheibe abgewandten Rückseite der Solarzelle kann zur Versiegelung eine Kunststofffolie oder eine weitere mit dem vorgestellten Verfahren passgenau gebogene Glasscheibe laminiert wer den.
In dieser Anmeldung wird als weiterhin mögliche Anwendung des oben be schriebenen Verfahrens ein Verfahren zur Herstellung einer Parabolrinne vor geschlagen. Dabei wird eine Mehrzahl Glasscheiben separat gebogen, jeweils nach einem Verfahren gemäß dieser Anmeldung. Die Scheiben werden zum Beispiel jeweils in eine quadratische Parabelform gebracht. Das kann bei spielsweise jeweils unter Verwendung einer einzelnen Druckleiste, mit oder ohne Einfluss der Schwerkraft geschehen. Es müssen dabei keine Halterungen verwendet werden, sondern die Glasscheiben können jeweils an ihren Rän dern oder in der Nähe ihrer Ränder auf Stützen gelagert sein und mittels der Druckleiste gegen diese Stützen gedrückt werden.
Die gebogenen Glasscheiben werden an ihren gebogenen Kanten aneinander gelegt. Zwischen ihnen kann dabei ein Abstand bestehen bleiben, sie können aber auch auf Stoß aneinandergelegt werden und in dem Fall optional auch miteinander verbunden werden. Die so gebogenen Glasscheiben sind dann üblicherweise entlang einer Längsrichtung der Parabolrinne aneinanderge reiht. Jede der gebogenen Glasscheiben erstreckt sich typischerweise über eine gesamte Breite der Parabolrinne, die beispielsweise orthogonal zu der Längsrichtung definiert sein kann. Dies stellt einen Unterschied zum Stand der Technik dar, wonach die Paraboirinnen ihrer Breite nach aus mehreren Glas scheiben zusammengesetzt sind. Durch die beschriebene Einstückigkeit in die Breitenrichtung und die damit einhergehende Konturtreue kann also dank des anmeldungsgemäßen Verfahrens die Leistungsfähigkeit der Paraborinne er heblich gesteigert werden.
Die Verwendung von anmeldungsgemäßen Verfahren eignet sich auch noch für die Herstellung anderer möglicher Glasscheiben mit dekorativen oder technischen, insbesondere optischen Anwendungen.
Die mit dem vorgestellten Verfahren herstellbaren oder bearbeitbaren Er-
Zeugnisse, insbesondere gebogenen Glasscheiben, Doppel- oder Mehrfach scheiben sowie Paraboirinnen seien im Folgenden nochmals näher erläutert.
Bei einer anmeldungsgemäßen Mehrfachscheibe können eine erste Glas scheibe und eine zweite Glasscheibe jeweils nach dem hier vorgestellten Ver fahren umgeformt und äquidistant flächig übereinander angeordnet sein. Da bei können die Glasscheiben jeweils wenigstens einen innenliegenden Ab schnitt aufweisen, in dem ein Krümmungsradius kleiner ist als in dazu be nachbarten Abschnitten (insbesondere ist es möglich, dass in den benachbar ten Abschnitten überhaupt keine Krümmung vorliegt, sondern die Glasschei ben dort flach sind). Der Krümmungsradius der zweiten Glasscheibe kann im innenliegenden Abschnitt kleiner sein als der Krümmungsradius der ersten Glasscheibe im innenliegenden Abschnitt, wobei die zweite Glasscheibe derart geformt und konkavseitig an der ersten Scheibe angeordnet ist, dass zwischen der ersten und der zweiten Glasscheibe ein Spalt verbleibt. Durch die äquidis tante Anordnung, die sich aufgrund des beschriebenen Biegeverfahrens vor teilhaft realisieren lässt, weist der Spalt überall die gleiche Breite auf. Dies entspricht einer besonders hochwertigen und optisch ansprechenden Mehr fachscheibe.
In dem Spalt können Abstandshalter und/oder eine Folie, insbesondere eine nicht-brechende Kunststofffolie, angeordnet sein. Ferner kann in den Spalt, insbesondere wenn dort Abstandshalter vorgesehen sind, zu Isolationszwe cken ein Gas, wie zum Beispiel Argon oder Krypton, eingebracht werden, oder der Spalt kann evakuiert werden.
Ein kleinster innerer Krümmungsradius der Glasscheiben der Mehrfachscheibe kann beispielsweise etwa der Glasdicke entsprechen oder leicht darunter lie gen. Er kann bspw. mindestens 2,5 mm oder mindestens 3 mm oder mindes tens 4 mm betragen. Andererseits kann er beispielsweise höchstens 300mm betragen.
Ein durch die Krümmung bestimmter Winkel zwischen den beiden zu dem innenliegenden Abschnitt benachbarten Abschnitten kann beispielsweise mindestens 20°, vorzugsweise mindestens 45° und/oder höchstens 135°, vor zugsweise höchstens 100° betragen.
Bei der Mehrfachscheibe kann weiterhin eine dritte Glasscheibe, die nach dem vorgestellten Verfahren umgeformt ist, äquidistant flächig konvexseitig an der ersten Glasscheibe oder äquidistant flächig konkavseitig an der zweiten Glasscheibe angeordnet sein. An dem so entstehenden Verbund können dann auch noch eine oder mehrere weitere gebogene Glasscheiben konkavseitig und/oder konvexseitig angeordnet sein.
Eine Parabolrinne gemäß dieser Anmeldung zeichnet sich beispielsweise durch mehrere parabolisch gebogene Glasscheiben auf, die in einer Längsrich tung an ihren gebogenen Kanten aneinandergelegt sind, wobei sich jede der gebogenen Glasscheiben über eine gesamte orthogonal zu der Längsrichtung verlaufende Breite der Parabolrinne erstreckt.
Es sei betont, dass die Erfindung sich zum einen auf gebogene Glasscheiben, Doppel- oder Mehrfachscheiben sowie Paraboirinnen bezieht, die mit einem wie oben beschriebenen Verfahren umgeformt bzw. hergestellt wurden, sich die Anmelderin zum anderen jedoch vorbehält, die Glasscheiben, Doppel oder Mehrfachscheiben und Paraboirinnen auch für sich genommen zu bean spruchen, unabhängig vom genannten Herstellungsverfahren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung also auch auf Paraboirinnen und auf Doppel- und Mehrfachscheiben mit den oben beschriebenen Eigenschaften, die für sich genommen beansprucht werden können. Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf ein Biegewerkzeug, das für sich genommen beansprucht werden kann, welches Krafteinleitungsmittel, etwa eine Druckleiste und/oder Halte rungen, und/oder Einrichtungen zur Temperatursteuerung, wie etwa einen Laser, umfasst, die jeweils dazu eingerichtet sind, ein wie hier beschriebenes Verfahren durchzuführen. Die im Zusammenhang mit dem Verfahren genann ten Merkmale sind dabei auf die damit hergestellten gebogenen Glasscheiben sowie auf das Biegewerkzeug zur Durchführung des Verfahrens übertragbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft näher erläu tert.
In den Figuren zeigen
Fign. la-b Biegelinien mit dazugehörigem Biegemomentenverlauf,
Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf einer Verformung einer Glasscheibe, Fign. 3a-b eine Verformung einer Glasscheibe mittels einer Druckleiste, Fig. 4 eine Verformung einer Glasscheibe mittels einer Druckleiste und beweglichen Führungsauflagen,
Fig. 5 eine Verformung einer Glasscheibe mittels einer Druckleiste und beweglichen Startauflagen,
Fig.6 eine Verformung einer Glasscheibe mittels Halterungen durch
Einleiten einer Zugbelastung,
Fig. 7 eine Verformung einer Glasscheibe mittels Halterungen durch
Einleiten eines Drehmoments,
Fign. 8a-b eine temperaturgesteuerte Verformung einer Glasscheibe, Fign. 9a-b einen Herstellungsprozess von Paraboirinnen, Fig. 10 eine Doppelscheibe gemäß dieser Anmeldung, Fign. lla-l Mehrfachscheiben gemäß dieser Anmeldung in unterschiedli chen Ausführungen,
Fign. 12a-c Ansichten einer Glasscheibe mit gekrümmter 3D-Struktur, in unterschiedlichen Ausführungen,
Fign. 13a-d Mehrfachglasscheiben in Form strukturierter Doppelglasele mente, und
Fign 14a-h Darstellungen verschiedener physikalischer Größen, die in an meldungsgemäßen Verfahren manipuliert werden können.
In Figur 1 a) sind mögliche Biegelinien ksi und ks2 für an ihren Enden auflie gende Glasscheiben gezeigt und in Figur lb) die dazugehörigen Biegemomen te Mi bzw. M2. Die Biegelinie ksi entspricht einer kubischen Parabel und ks2 einer quadratischen Parabel. Das zu ksi gehörige Biegemoment Mi weist einen parabelförmigen Verlauf auf und wird beispielsweise durch eine Streckenlast, also beispielsweise durch eine vollflächig an der Glasscheibe angreifende Ge wichtskraft, hervorgerufen. Im Gegensatz dazu weist das zu ks2 gehörige Bie gemoment einen zur Mitte hin linear ansteigenden Verlauf auf. Es wird bei spielsweise durch eine mittig angreifende Kraft bewirkt. Das bedeutet, dass eine Glasscheibe, die an ihren Rändern aufliegt und auf die nur die Gewichts kraft wirkt, sich unter diesen Bedingungen einer kubischen Parabel entspre chend ablegt. Wenn andere Formen gewünscht sind, kann dies zwar, wie im Stand der Technik, durch eine entsprechende Form gewährleistet werden, dann legen sich aber bestimmte Bereiche der Glasscheibe vor anderen Berei chen der Glasscheibe in die Form und werden nachteilhaft ungewollt weiter verformt und/oder wellen sich. Gemäß dieser Anmeldung kommt beispiels weise eine Druckleiste zum Einsatz, um beispielsweise das Biegemoment M2 zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann durch eine Anpassung der Visko sität über eine Variation der Temperatur das Biegeverhalten beeinflusst wer den. Diese Möglichkeiten werden anhand der nachfolgenden Figuren noch näher erläutert.
Figur 2 zeigt einen anmeldungsgemäßen Prozess, bei dem eine Glasscheibe 1 in der Nähe ihrer Ränder an Stützen 4 anliegt. Die Glasscheibe 1 wird, wie durch Pfeile kenntlich gemacht ist, von einer Ausgangskontur ka in eine Soll kontur ks umgeformt, die im vorliegenden Fall durch die Stützen 4 sowie durch Zielauflagen 5 definiert ist. Die Glasscheibe 1 passiert dabei Zwischen konturen kzi-kz3.
Bei der Glasscheibe kann es sich beispielsweise um eine Kalk- Natronglasscheibe handeln, die sich bei Temperaturen ab etwa 600°C verfor men lässt. Eine Dicke der Glasscheibe kann beispielsweise zwischen 2 mm und 10 mm liegen.
Zum Umformen wird die Glasscheibe zunächst erhitzt und dann gebogen, in dem durch äußere Kräfte auf die Glasscheibe 1 zumindest solange gewirkt
wird, bis sie eine Form erreicht, die der Sollkontur ks entspricht.
Die äußeren Kräfte beschränken sich dabei auf
durch ein Eigengewicht der Glasscheibe 1 verursachte Gewichtskräfte (Siehe Fig. 3b und Fig. 8) und/oder
- durch die Stützen 4 in die Glasscheibe 1 eingetragene Kräfte und/oder
- durch mögliche Halterungen, in die ein Rand der Glasscheibe einge spannt ist, eingetragene Kräfte (siehe Figuren 6 und 7) und/oder
- durch eine oder mehrere Druckleisten in eine Oberfläche der Glas scheibe 1 eingetragene Druckkräfte, wobei in jedem konkaven Teilbe reich der Oberfläche höchstens eine Druckleiste verwendet wird (siehe Figuren 3 bis 5).
Eine in der Figur kenntlich gemachte zeitliche Änderung einer lokalen Krüm mung der Glasscheibe 1, von der Ausgangskontur ka, über die Zwischenkontu ren kzi, kz2 und kz3, bis hin zur Sollkontur ks wird dabei so gesteuert wird, dass die Oberfläche der Glasscheibe 1 die Sollkontur ks an allen Stellen der Oberflä che, die nicht unbewegt bleiben, gleichzeitig erreicht. Die Glasscheibe legt sich also gleichzeitig auf alle fünf gezeigten Zielauflagen 5, so dass der Umform prozess überall gleichzeitig beendet ist. Dies wird erreicht, indem eine Tempe ratur und damit eine Viskosität der Glasscheibe 1 während des Biegens orts abhängig nicht konstant eingestellt wird und/oder indem durch mögliche Hal terungen eingetragene Kräfte und/oder die durch die eine oder die mehreren möglichen Druckleisten 3 eingetragenen Druckkräfte daür passend eingestellt werden. Das heißt, um die zeitliche Änderung der Krümmung k(t) zu kontrol lieren, wird das Verhältnis aus Biegemoment M und Viskosität h, welches über k(t) oc M/ h in die Krümmung eingeht, zu allen Zeiten des Biegeprozesses und an allen Orten der Glasscheibe kontrolliert eingestellt (oc steht für„ist proportional zu"). Das Biegemoment M kann durch eine Variation der Kräfte und die Visko sität h durch eine Variation der Temperatur modifiziert werden. Dabei kann eine dieser Größen variiert werden oder beide.
In Simulationsmodellen können Prozessgrößen wie Wärmeeintrag, Tempera-
tur und Dauer der Wärmeeinbringung ermittelt und optimiert werden.
Die Stützen 4 können beispielsweise als Röhren oder röhrenförmig ausgebil det sein und als Loslager für die Glasscheibe 1 fungieren. Die Zielauflagen 5 sind bei Biegewerkzeugen zum Durchführen von hier vorgestellten Verfahren optional und können als Röhren oder röhrenförmig ausgebildet sein. Im ge zeigten Beispiel berührt die Glasscheibe 1 die Zielauflagen, die unbeweglich ausgebildet sind, erst, wenn sie die Sollkontur ks erreicht, und wird zu vorheri gen Zeitpunkten während des Biegeverfahrens nur durch die Stützen 4 und durch beispielsweise Druckleisten und/oder die Schwerkraft kontrolliert und verformt.
Die Temperatur der Glasscheibe 1 und die Verformung der Glasscheibe 1 kann während des Biegeprozesses überwacht werden. Das heißt, es kann zu unter schiedlichen Zeitpunkten, beispielsweise wenn die Glasscheibe die Zwischen konturen kzi-kz3 erreicht, die Krümmung und die Temperatur ortsaufgelöst mittels optischer Einrichtungen, etwa mittels einer Thermokamera und/oder mittels eines Lasers, bestimmt werden. Basierend auf der Temperatur und/oder der Verformung der Glasscheibe kann die Temperatur und damit die Viskosität der Glasscheibe 1 während des Biegens ortsabhängig geregelt wer den und es können die Kräfte wie oben beschrieben geregelt werden, um ein gleichzeitiges Erreichen der Sollkontur ks für alle Bereiche der Glasscheibe 1 zu gewährleisten.
Das Erhitzen der Glasscheibe 1 und das Einstellen der Temperatur der Glas scheibe 1 erfolgt beispielsweise mit einem Laser. Mögliche Arten der Kraftein leitung bei anmeldungsgemäßen Verfahren werden beispielhaft in den Figu ren 3 bis 8 dargestellt. Das heißt, die dort vorgestellten Krafteinleitungsme thoden lassen sich in dem hier beschriebenen Verfahren verwenden und im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Steuerung bzw. Regelung gesteu ert bzw. geregelt durchführen.
Figur 3 zeigt Ausführungen anmeldungsgemäßer Prozesse, bei denen eine Druckkraft mittels einer Druckleiste 3 in die Glasscheibe eingeleitet wird. Die Glasscheibe liegt dabei an Stützen 4 an. Die Druckleiste 3 ist jeweils zentral zwischen den Stützen 4 auf der den Stützen abgewandten Seite der Glas-
scheibe 1 angeordnet. Durch zusätzliche optionale Startauflagen 7, die auf der gleichen Seite wie die Druckleiste 3 angeordnet sind, kann die Glasscheibe 1 zusätzlich in ihrer Ausgangsposition fixiert werden. Die Druckleiste 3 drückt die erwärmte Glasscheibe 1 jeweils gegen die Stützen 4 und wird zwischen den Stützen 4 hindurch bewegt, um eine Krümmung in die Glasscheibe 1 ein zubringen. Entsprechend drückt die Druckleiste 3 jeweils konkavseitig mittig gegen die Glasscheibe 1. Die Ausgangskontur ka ist in beiden Fällen flach und die Sollkontur ks ist in beiden Fällen eine durch die Stützen 4 und die Zielaufla gen 5 vorgegebene quadratische Parabel.
In der Figur 3a) ist die Glasscheibe im Gegensatz zur Figur 3b) so ausgerichtet, dass das Schwerefeld der Erde g parallel zu der Oberfläche der Glasscheibe 1 wirkt und somit keinerlei Einfluss auf die Verformung der Glasscheibe 1 hat. Das heißt, die von der Druckleiste 3 entlang einer Linie räumlich begrenzt ein geleitete Kraft sorgt alleine für die Verformung, so dass ein Biegemoment ent sprechen dem Biegemoment M2 aus der Figur 1 in Reinform vorliegt. Dies kann zum Erreichen der gewünschten Sollkontur von Vorteil sein. Insbesonde re in Ausführungen gemäß Figur 3a) kann der Biegeprozess zu jedem beliebi gen Zeitpunkt gestoppt werden, wobei eine im Ergebnis erhaltene Kontur immer eine quadratische Parabel darstellt.
In Figur 3b) ist die Glasscheibe 1 dagegen so ausgerichtet, dass das Schwere feld der Erde g und somit die Gewichtskraft orthogonal zur Oberfläche der ungebogenen Glasscheibe 1 gerichtet ist. Die Glasscheibe 1 wird dadurch auf die Stützen 4 drückt, bzw. die Verformung kann dann durch die Schwerkraft unterstützt werden. Wie erwähnt, führt die derart wirkende Schwerkraft al leine bei homogener Temperatur der Glasscheibe 1 nicht zu der gewünschten Sollkontur ks. Das heißt, die Temperatur sollte entweder angepasst werden und/oder die Kraft sollte so eingeleitet werden, dass der Beitrag der Schwer kraft ausgeglichen wird oder vernachlässigbar wird. Im gezeigten Beispiel wird die Kraft durch die Druckleiste 3 so schnell eingeleitet, dass Beiträge der Schwerkraft vernachlässigt werden können.
Die Glasscheibe 1 kann in den Beispielen aus Figur 3a) und b) jeweils eine räumlich homogene Temperatur aufweisen, die zeitlich nicht variiert, sie kann aber auch - beispielsweise um Korrekturen des zeitlichen Verlaufs der Krüm-
mung zu bewirken - eine lokal und/oder zeitlich variierende Temperatur auf weisen. Beispielsweise ist es im Fall der Figur 3b) auch möglich, die Tempera tur räumlich und zeitlich zu variieren, um einen möglichen Beitrag der Schwerkraft zur Verformung, der die Glasscheibe nicht in die gewünschte Pa rabelform biegen würde, auszugleichen.
Figur 4 zeigt einen anmeldungsgemäßen Biegevorgang für die Glasscheibe 1, der wie schon in Figur 3 mittels einer Druckleiste 3, die zwischen zwei Stützen 4 angeordnet ist, durchgeführt wird bzw. vorgegeben ist. Die Schwerkraft wirkt dabei orthogonal zur Oberfläche der Glasscheibe 1. In diesem Beispiel wird die Platte von unten, auf der der Druckleiste 3 abgewandten Seite, von beweglichen Führungsauflagen 8 unterstützt, die zumindest vor Beginn des Biegens einen Teil der Last der Glasscheibe 1 tragen. Die Führungsauflagen 8 werden während des Biegeprozesses abgesenkt und haben zum Ende des Um formprozesses eine Form erreicht, die der Sollkontur ks entspricht. Es kann sich eine Überlagerung aus Umformung durch die Einzellast der Druckleiste 3 und durch die Gewichtskraft ergeben, wobei erstere üblicherweise dominiert. Die Führungsauflagen 8 können gemäß einer Steiner' sehen Formel an Punkte geführt werden, die zu der angestrebten Parabelform gehören. Es ist auch möglich, die Führungsauflagen 8 so zu bewegen, dass die Sollkontur S|< eine andere gewünschte Form aufweist. Die entsprechende Verformung kann durch die Temperaturvariation der Glasscheibe 1 gesteuert und/oder geregelt werden. Die entsprechende Verformung kann auch von den Führungsauflagen mit bewirkt werden, zum Beispiel in eine der durch die Druckleiste 3 bewirk ten Verformung entgegengesetzte Richtung. Dann können die Führungsaufla gen 8 als zusätzliche Druckleisten wirken, von denen beispielsweise in jedem konkaven Teilbereich der Oberfläche höchstens eine verwendet wird.
In einer alternativen Ausführung eines derartigen Verfahrens mit beweglichen Führungsauflagen 8 kann die Schwerkraft auch parallel zur Oberfläche der Glasscheibe 1 wirken.
Figur 5 zeigt eine anmeldungsgemäße Konfiguration mit beweglichen Startauf lagen 10, die wie die beweglichen Führungsauflagen 8 aus Figur 4 zumindest vor Beginn des Biegens einen Teil der Last der Glasscheibe 1 tragen, während die Gewichtskraft orthogonal zur Oberfläche der Glasscheibe 1 wirkt. Wäh-
rend des Biegens können die beweglichen Startauflagen 10 nach unten be wegt werden, zum Beispiel der aktuellen Kontur der Glasscheibe 1 folgend. Im Gegensatz zu den beweglichen Führungsauflagen 8 dient die bewegliche Startauflage 10 aber nicht als Zielauflage. Es werden zusätzliche Zielauflagen 5 bereitgestellt, die die Bewegung der Glasscheibe 1 begrenzen und die Sollkon tur ks der Glasscheibe 1 zusammen mit den Biegeauflagen 4 definieren.
In einer alternativen Ausführung mit den in der Figur 5 gezeigten Merkmalen kann die Schwerkraft auch parallel zur Oberfläche der Glasscheibe 1 wirken.
Figur 6 zeigt ein Verfahren gemäß der Anmeldung, bei dem die Glasscheibe 1 an gegenüberliegenden Rändern in Halterungen 6 eingespannt ist. Die Ge wichtskraft wirkt senkrecht zur Oberfläche der Glasscheibe 1 und bewirkt die Verformung. Die Sollkontur S|< ist durch Zielauflagen 5 vorgegeben. Durch die Halterungen 6 werden Zugkräfte in die Glasscheibe 1 eingeleitet, das heißt, die Ränder der Glasscheibe 1 werden durch die Halterungen 6 nach außen gezogen und die Glasscheibe 1 während des Biegevorgangs unter kontrolliert nachlassendem Zug und dementsprechend einem Aufeinanderzubewegen der Halterungen 6 in die Form abgelassen, so dass alle Punkte der Oberfläche der Glasscheibe 1 gleichzeitig die Sollkontur S|< erreichen. Durch eine derartige Krafteinleitung kann die Glasscheibe 1 beispielsweise wieder in die Sollkontur ks gebracht werden, die eine quadratische Parabelform aufweist.
Figur 7 zeigt ein Verfahren gemäß der Anmeldung, bei dem durch die Halte rungen 6, in die die Glasscheibe 1 an gegenüberliegen Rändern eingespannt ist, Drehmomente eingeleitet werden. Die Halterungen 6 werden dabei, wie in der Figur durch Pfeile dargestellt, in entgegengesetzte Richtungen rotiert. Das dadurch hervorgerufene Biegemoment M ist in der Figur skizziert und weist eine Diskontinuität auf. Die Glasscheibe verformt sich ausgehend von der Soll kontur ka auf kontrollierte Weise über die Zwischenkonturen kzi-kz3 in die Soll kontur ks, die eine Form eines Kreissegments, wie etwa einen Halbkreis, dar stellt. Durch diese Art der Krafteinleitung sind insbesondere kreissegmentarti ge Sollkonturen vorteilhaft erreichbar.
Die Zielauflagen 5 sind bei solchen Ausführungen, in denen die verformenden Kräfte über derartige Drehmomente eingeleitet werden, optional. Die
Schwerkraft wirkt im gezeigten Beispiel orthogonal zur Oberfläche der Glas scheibe 1, kann aber auch parallel zur Oberfläche der Glasscheibe 1 wirken.
Bei Ausführungen mit Halterungen 6 kann das Einleiten von Zugkräften (Fig. 6) und das Einleiten von Drehmomenten (Fig. 7) auch kombiniert werden, um die Verformung beispielsweise noch genauer steuern zu können und etwa andere Sollkonturen zu ermöglichen.
Figur 8 zeigt ein anmeldungsgemäßes Verfahren zum Biegen der Glasscheibe 1 von der Ausgangskontur ka (Figur 8a) in die Sollkontur ks (Figur 8b), bei dem die Temperatur der Glasscheibe 1 lokal entlang einer ersten Ausdehnungsrich tung der Glasscheibe (horizontal in der Figur 8a) räumlich variiert wird und in einer orthogonal zu der ersten Ausdehnungsrichtung verlaufenden zweiten Ausdehnungsrichtung (orthogonal zur Zeichenebene) konstant eingestellt wird.
Die Glasscheibe ist auf Stützen 4 aufgelegt, auf denen sie durch eine optionale Fixierung 9 fixiert wird. Ein Bereich der Glasscheibe 1, der während des Ver formungsprozesses bewegt werden soll, steht über die Stützen 4 über. Die Verformung wird nun einzig durch das Schwerefeld der Erde g und also die Gewichtskraft bewirkt, die, wie in der Figur 8 durch den Pfeil dargestellt, nach unten wirkt und den über die Stützen 4 überstehenden Bereich nach unten zwingt.
Die Temperatur der Glasscheibe 1 wird dabei entlang der ersten Ausdeh nungsrichtung abschnittsweise konstant eingestellt wird, so dass streifenför miger äquitherme Abschnitte a-e entstehen, von denen zwei außenliegende Abschnitte a und e, in die keine Krümmung eingebracht werden soll, kälter sind als innenliegende Bereiche b, c, d, in die jeweils eine Krümmung einge bracht werden soll. Insbesondere können die Bereiche a und e so kalt sein, dass das Glas in diesen Bereichen nicht verformbar ist. Der Abschnitt a ent spricht gerade dem Bereich, der auf den Stützen aufliegt. Die Bereiche b, c, d in die die Krümmung eingebracht werden soll, sind jeweils zwischen 5 cm und 1 m. breit. Die Bereiche a und e sind breiter als die Bereiche b, c und d.
Das an der Glasscheibe 1 angreifende Biegemoment, das die Verformung be-
wirkt, ist abhängig vom Gewicht über die Stützen 4 überstehender Bereiche welches bei homogener Dichte und konstanter Breite der Glasscheibe, linear von der Länge der überstehenden Bereich abhängig. Weiterhin ist das Biege moment abhängig vom Hebelarm der überstehenden Bereiche. Das heißt, im Bereich d wirkt ein Biegemoment, das abhängig ist von einer Segmentlänge Si, die sich über die Abschnitte d und e erstreckt. Im Bereich c wirkt ein im Ver gleich zum Bereich d größeres Biegemoment, das abhängig ist von einer Seg mentlänge s2, die sich über die Abschnitte c, d und e erstreckt. Im Bereich b wirkt ein noch größeres Biegemoment, in das die Segmentlänge s3 eingeht, die sich über die Abschnitte b, c, d und e erstreckt.
Um eine kontrollierte Verformung in die Sollkontur ks zu gewährleisten, wird im Sinne dieser Anmeldung für jeden der Bereiche b, c, d, in die die Krüm mung eingebracht werden soll, die Größe des dort jeweils wirkenden Biege moments, berücksichtigt.
Aufgrund der Beziehung
k(t) oc M/ h
wird in diesem Beispiel den unterschiedlichen in den Abschnitten b, c und d wirkenden Biegemomenten durch eine Veränderung der Viskosität h über die Temperatur begegnet. So kann die zeitabhängige Krümmung auch kontrolliert werden, wenn eine Veränderung der Biegemomente durch zusätzliche Kräfte nicht angedacht ist. Um beispielsweise in den Bereichen b, c und d überall einen identischen Krümmungsradius ri=r2=r3 zu erhalten, müssen die Bereiche aufgrund der unterschiedlich großen dort jeweils wirkenden Biegemomente unterschiedliche Viskositäten aufweisen. Um eine vorgegebene Krümmung zu erhalten, muss also eine entsprechende Temperaturanpassung vorgenom men. Diese Temperaturanpassung kann nach einem vorbekannten Muster gesteuert werden oder während des Prozesses bei Überwachung von
Istkontur und Isttemperatur darauf basierend geregelt werden. Dabei wird zumindest die Temperatur in den zu biegenden Bereichen der Glasscheibe, also zumindest in den Abschnitten b, c und d, während des Biegens über wacht, beispielsweise thermographisch überwacht. Zumindest in dem glei chen Bereich wird dann optisch, beispielsweise mittels eines Lasers auch die Krümmung überwacht und die Temperatur mittels eines Lasers gesteuert und/oder nachgeregelt.
Die in den Abschnitten b, c und d herrschenden Temperaturen, können sich beispielsweise paarweise um zwischen 10 Kelvin und 30 Kelvin voneinander unterscheiden.
Der in den Abschnitten b, c und d hergestellte Kümmungsradius ri=r2=r3 be trägt in diesem Beispiel 5 mm oder weniger.
Am Ende des Umformungsprozesses kontaktiert die Glasscheibe Zielauflagen 5. Die Zielauflagen 5 sind optional und können beispielsweise in manchen Ausführungen so angeordnet sein, dass sie nur von dem verhältnismäßig kal ten und beispielsweise bei seiner Temperatur nicht verformbaren Abschnitt e berührt werden.
Es ist in Verfahren wie in der Figur 8 gezeigt nicht ausgeschlossen, dass die Temperatur innerhalb der Abschnitten b, c und d im Rahmen der technischen Möglichkeiten leicht variiert. Insbesondere eine Variation der Temperatur über die Dicke der Glasscheibe ist prozessbedingt möglich. Derartige Tempe raturschwankungen innerhalb einzelner Abschnitte sind typischerweies gerin ger als die Temperaturunterschiede zu benachbarten Abschnitten.
Figur 9a) zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Parabolrinne gemäß dem Stand der Technik und Figur 9b) ein Verfahren zur Herstellung einer
Parabolrinne gemäß dieser Anmeldung.
In Figur 9a) ist dabei gezeigt, wie eine Parabolrinne mit großen Abmessungen aus einer Vielzahl Glasscheiben la-lp hergestellt wird. Die Glasscheiben la-lp weisen Standardgrößen von beispielsweise maximal 1,7m Seitenlänge auf und liegen in Fig. 9a) (i) in ungebogener Form vor. Von (i) nach (ii) wird jede der Glasscheiben la-lp in einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik gebo gen. Dabei wird für in einem inneren Bereich der Parabolrinne anzuordnen den Glasscheiben le-ll jeweils eine Sollkontur ksi geschaffen, die näherungs weise zentralen Segmenten einer quadratischen Parabel entsprechen soll. Gleichermaßen wird für die weiter außen anzuordnenden Glasscheiben la-ld und lm-lp jeweils eine Sollkontur ls2 geschaffen, die entsprechend weiter außen liegenden Segmenten einer quadratischen Parabel angenähert ist. Ty-
pischerweise ist die Näherung an die quadratische Parabel für sowohl für die innenliegenden Glasscheiben le-ll als auch für die außenliegenden Glasschei ben la-ld und lm-lp nicht zufriedenstellend, da nach dem Stand der Technik, wie eingangs erwähnt, kubische Funktionen an die quadratische Parabel an genähert werden sollen. Ferner entstehen insbesondere in den Randberei chen der Glasscheiben la-lp typischerweise prozessbedingt Konturfehler. Die Glasscheiben werden wie in (iii) gezeigt zusammengefügt, wobei die resultie rende Parabolrinne aufgrund der erwähnten Mängel der Konturen einzelnen Glasscheiben la-lp keine optimierte Leistungsfähigkeit aufweist.
In Figur 9b) ist dagegen ein Verfahren zum Herstellung einer Parabolrinne gemäß dieser Anmeldung gezeigt. Die Parabolrinne wird demnach aus Glas scheiben la, lr hergestellt, die in Verfahren gemäß dieser Anmeldung separat gebogen werden. Es kann sich beispielsweise jeweils um die Glasscheibe 1 aus einer der Figuren 2-6 handeln.
Die Glasscheiben, die anfangs in (i) flach vorliegen, werden von (i) nach (ii) dabei jeweils in eine Sollkontur ks gebogen, die parabelförmig ist. Durch die in dieser Anmeldung vorgestellten Verfahren wird eine hohe Konturtreue er reicht. Wie in den Figuren 9a) und 9b) durch eine Schraffur kenntlich gemacht, soll im Fall der Fig. 9a) für die Glasscheiben la-ld und lm-lp ungefähr der Verlauf eines äußeren Bereichs der parabelförmigen Sollkontur ks aus Fig. 9b) geschaffen werden und für die Glasscheiben le-ll ungefähr der Verlauf eines inneren Bereichs der parabelförmigen Sollkontur ks aus Fig. 9b). Die Kontur treue ist im Fall der Figur 9b) dabei deutlich überlegen.
Die gebogenen Glasscheiben lq, lr werden an ihren gebogenen Kanten aneinandergelegt und somit entlang einer Längsrichtung der Parabolrinne aufgereiht. Jede der gebogenen Glasscheiben erstreckt sich so über eine ge samte orthogonal zu der Längsrichtung verlaufende Breite der Parabolrinne. Die in Fig. 9b) gezeigte Parabolrinne zeichnet sich aufgrund der hohen Kontur treue und ihrer Einstückigkeit entlang der Breite durch eine besonders hohe Leistungsfähigkeit aus.
Jede der Glasscheiben lq, lr weist Abmessungen auf, bei denen mindestens eine Seitenlänge mehr als 6 m beträgt, beispielsweise zwischen 16 und 20 m.
In der Figur 9b sind zwei Glasscheiben lq, lr gezeigt, es können aber auch mehr als zwei Glasscheiben mit den gleichen Eigenschaften verwendet wer den. Es sei erwähnt, dass die Glasscheiben lq, lr zum Transport nach dem Biegen in Schritt (ii) zerteilt werden können und am gewünschten Ort der Parabolrinne wieder zusammengesetzt werden können. Die Leistungsfähigkeit wird durch die Zerteilung nur minimal beeinträchtigt. Es sind aufgrund der guten Konturtreue auch bei zerteilten und zusammengesetzten Glasscheiben lq, lr hochleistungsfähige Paraboirinnen möglich. Einstückigkeit wird typi scherweise während des Biegens gewährleistet, um die erwähnte Konturtreue zu erhalten.
Figur 10 zeigt eine Doppelscheibe, die eine erste Glasscheibe ls und eine zweite Glasscheibe lt umfasst, die separat, jeweils nach einem Verfahren wie in dieser Anmeldung gezeigt, gebogen wurden. Anschließend wurden die ers te ls und die zweite Glasscheibe lt wie gezeigt flächig übereinander angeord net. Durch die mit den oben gezeigten Verfahren erreichbare Genauigkeit kann die Doppelscheibe eine gewünschte Kontur zuverlässig reproduzieren und die Glasscheiben ls und lt passen genau aufeinander. Die Glasscheiben ls, lt sind jeweils größer als 1,7m x 1,7m.
Die Doppelscheibe kann ohne freibleibenden Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben ls, lt, mit einer dazwischen angeordneten Kunststofffolie, als Verbund-(Sicherheits)-Glas ausgebildet sein. Es kann auch ein Isolierspalt zwischen den Scheiben ls, lt vorhanden sein, der zum Beispiel mit einem schlecht wärmeleitenden Gas wie Argon, Stickstoff oder trockener Luft gefüllt ist, um die Doppelscheibe also Isolierglasscheibe bereitzustellen. Dann wer den die Glasscheiben ls, lt umlaufend dicht verklebt und es kommen außer dem Abstandshalter zum Einsatz.
Figuren 11 a bis I zeigen verschiedene Ausführungen von gebogenen
Mehrfachscheiben. Sie weisen die Gemeinsamkeit auf, dass die verwendeten Scheiben jeweils einzeln und anmeldungsgemäß - zum Beispiel mit dem im Zusammenhang mit Figur 8 diskutierten Verfahren - gebogen wurden. Zudem sind die Biegeradien der Scheiben einer Mehrfachscheibe besonders präzise aufeinander abgestimmt, um in jedem Fall eine besonders hochwertige
Mehrfachscheibe mit vorteilhaften optischen Eigenschaften zu erreichen.
Figur 11a zeigt eine Doppelscheibe, bei der die zweite Scheibe lt konkavseitig an der ersten Scheibe ls angeordnet ist. Zwischen den beiden Scheiben befinden sich Abstandshalter 12. Die in die Scheiben eingebrachten Biegungen weisen jeweils einen konstanten Radius auf und die beiden zu den gebogenen Bereichen benachbarten Abschnitte haben jeweils zueinander einen Winkel von 90 Grad. Die Scheiben sind also rechtwinklig abgebogen und die gebogenen Abschnitte entsprechen somit Viertelkreisen. Der innere
Biegeradius der inneren zweiten Scheibe beträgt zum Beispiel zwischen 3 und 10 mm. Ein Abschnitt auf dem die Scheibe die Viertelkreisform annimmt ist entsprechend räumlich begrenzt. Die Glasscheibe wird daher zum Einbringen der Biegung insgesamt nur auf einem streifenförmigen inneren Abschnitt über die Verformungstemperatur erhitzt, wobei dieser streifenförmige innere Abschnitt eine Breite von 30 bis 50 mm aufweist. Der innere Biegeradius der ersten Scheibe ist entsprechend größer als der innere Biegeradius der zweiten Scheibe und errechnet sich aus dem inneren Biegeradis der zweiten Scheibe plus Dicke der zweiten Scheibe plus Dicke der Abstandshalter. Die
Radiuseinstellung kann dabei millimetergenau erfolgen. Die Scheibendicken können jeweils zum Beispiel 3 oder 4 mm betragen.
Fig. 11b zeigt eine zu Figur 11a ähnliche Scheibe, wobei es sich um eine 3-fach Isolierglasscheibe handelt, bei der zusätzlich - ebenfalls mit Abstandshaltern 12 dazwischen - noch eine dritte Scheibe lu konvexseitig an der ersten Schei be ls angeordnet ist. Die dritte Scheibe hat ebenfalls ein gebogenes Viertel kreissegment mit einem entsprechend gegenüber der ersten Scheibe vergrö ßerten Radius. Die Spalte, die von den Scheiben und den Abstandshaltern 12 begrenzt sind können beispielsweise zu Isolierzwecken evakuiert oder mit einem Gas gefüllt sein. Die Spalte weisen dabei überall die gleiche Spaltbreite auf. Die zu den inneren gebogenen Bereichen benachbarten Abschnitte bilden gerade Endstücke. In diesen Abschnitten können aber zusätzliche auch noch weitere Biegungen in die gleiche Richtung oder in die Gegenrichtung einge bracht sein.
Fig. 11c zeigt eine zweifach-Verbundsicherheitsglasscheibe. Dabei ist zwischen zwei Glasscheiben ls, lt mit jeweils einer Dicke von zwischen 4 und 8 mm eine Folie mit einer Dicke von beispielsweise zwischen 0.7mm und 1.6 mm
angeordnet. Wieder weisen die Scheiben 90°-Biegungen auf, die auf räumlich stark begrenzten Abschnitten durch Viertelkreise realisiert sind.
Eine Weiterbildung der Ausführung aus Figur 11c ist in Figur lld gezeigt - dabei handelt es sich um eine dreifach-Verbundsicherheitsglasscheibe. Die Scheiben und Folien haben jeweils die gleichen Abmessungen wie im Fall der Figur 11c. Die Biegeradien sind genau an die Foliendicken und Scheibendicken angepasst um Unebenheiten oder Lufteinschlüsse, die eine optische Beein trächtigung darstellen könnten, zu vermeiden.
Figur 11 e zeigt eine zweifach-lsolier-Verbundsicherheitsglasscheibe. Dabei sind zwei Elemente, die im Wesentlichen aufgebaut sind wie die Sicherheits scheiben aus Figur 11c miteinander verbunden und Abstandshalter zwischen Ihnen angeordnet um einen evakuierbaren oder mit Gas befüllbaren Spalt zu schaffen. Derartige scheiben können mit besonderem Vorteil in der Architek tur, zum Beispiel bei Hochhäusern oder Aussichtsplattformen zum Einsatz kommen, wo besondere Anforderungen an Sicherheit, Wärmedämmung und optische Eigenschaften gestellt sind.
Figur llf zeigt eine andere zweifach-lsolier-Verbundsicherheitsglasscheibe. Dabei werden auf zwei Scheiben jeweils eine Folie auflaminiert und diese zwei Scheiben mit Abstandshaltern miteinander verbunden. Auch so können er höhte Sicherheit bei Glasbruch und gute Isolationsfähigkeit gewährleistet werden.
Figuren 11g und 11h zeigen zwei mögliche Varianten einer Isolier- Verbundscheibe, bei der jeweils entweder nur die konkavseitige oder nur die konvexseitige Scheibe eine Folie aufweist. Die Folie kann also auch, je nach Anforderungen, nur einseitig bereitgestellt werden. Soll die Folie etwa an der an einem Gebäude außenliegenden Seite bereitgestellt werden, so kann sie an der entsprechend außenliegenden Scheibe angeordnet sein. Dabei kann wiederum, je nach gewünschtem Design, die konkavseitige oder die konvexseitige Scheibe die außenliegende Scheibe bilden.
Figur 11 i zeigt eine Isolier-Verbundsicherheitsglasscheibe mit Panzerglas. Ihr aufbau entspricht dem in Figur Ile gezeigten Prinzip. Jedoch ist hier konvex-
seitig als äußerste Glasscheibe statt einer herkömmlichen Glasscheibe eine Panzerglasscheibe mit 8 bis 10 mm Dicke angeordnet. Die übrigen Scheiben haben eine Dicke von 4 mm.
Ein anderer Mehrfachscheibenverbund mit Panzerglas ist in Figur llj gezeigt. Bei diesem sind eine Vielzahl Folien und Scheiben abwechselnd angeordnet, wobei es sich bei den Scheiben abwechselnd um herkömmliche 4mm- Scheiben und um Panzerglas handelt. Ganz außen und ganz innen liegen je weils Scheiben.
Figuren 11 k und I illustrieren zuletzt noch die Möglichkeit, besonders gut iso lierende Verbundscheiben mit zwei Spalten nach dem Beispiel von Figur 11b sicherer zu machen, indem zumindest ein Teil der Scheiben aus 11b durch eine Doppelscheibe mit Folie ersetzt wird. Konkret wird vorgeschlagen, die innerste und die äußerste Scheibe als Doppelscheibe mit Folie auszuführen (Fig. 111) oder gar alle drei (Fig. 11k).
Figuren 12a-c zeigen Ansichten einer Glasscheibe mit gekrümmter 3D- Struktur. In Figur 12a ist dargestellt, wie eine mit den gezeigten Verfahren herstellbare Scheibe ausgestaltet sein kann. Die anmeldungsgemäß herstell baren Strukturen sind also insbesondere nicht auf 2D- bzw. quasi-2D Struktu ren begrenzt. Vielmehr können zwei oder mehr Biegungen eingebracht wer den, die insbesondere nicht zueinander parallel sein müssen. Figuren 12b und 12c illustrieren jeweils den Schnitt A-A durch die Figur 12a, wobei im Fall von Figur 12b zwei scharfe Biegungen entlang der Linien x und y eingebracht sind. Zur Herstellung einer solchen Struktur kann beispielsweise der mittlere Be reich der Glasscheibe aufliegen und die außerhalb von x und y liegenden Be reiche können überstehen. Dann können schmale Streifen entlang der Linien x und y erhitzt werden, so dass sich die überstehenden Abschnitte unter dem Einfluss der Schwerkraft absenken. Dabei können die scharfen Biegungen wieder Kreissegmenten mit Radien von wenigen Millimetern entsprechen. Die Beiden Biegungen können insbesondere gleichzeitig eingebracht werden. Eine alternative zu der Ausführung aus Fig. 12b ist in Fig. 12c gezeigt. Hier ist eben falls der Schnitt A-A dargestellt. Nun handelt es sich aber anstatt um scharfe Biegungen um geschwungene Formen, die außerdem entgegengesetzte Bie gerichtungen haben. Solche Formen können insbesondere unter Verwendung
von Druckleisten und/oder der Schwerkraft und/oder von Klemmen (vgl. Fign. la bis 7 eingebracht werden. Druckleisten können zum Beispiel auf entgegen gesetzten Seiten der Scheibe, im Wesentlichen entlang der Linien x und y ein gesetzt werden. Die Biegungen können hier gleichzeitig oder nacheinander eingebracht sein.
Fign. 16a-d zeigen strukturierte Doppelglaselemente, bei denen zumindest eine Scheibe mit einem Verfahren gemäß der Anmeldung gebogen ist. Eine zweite Scheibe kann eine flache Form aufweisen (Fig. 13a, b,d) oder ebenfalls gebogen sein (Fig. 13c). Die beiden Scheiben können - zum Beispiel mit einer zusätzlichen Folie dazwischen - aufeinander laminiert sein. Durch die Verfor mung in einer der Scheiben kann zwischen den Scheiben ein Hohlraum ausge bildet sein, der dank des Verfahrens eine komplexe und sehr genau einstellba re Form aufweisen kann. Selbstverständlich kann auch mehr als ein Hohlraum geschaffen werden. Die so geschaffenen Hohlräume können beispielsweise genutzt werden, um darin zusätzliches Material 13 einzubringen. Das zusätzli che Material kann ein funktionales Element sein. Beispielsweise kann es sich um elektronische Komponenten oder Kabel handeln. Der Hohlraum kann auch einen Kanal für ein Medium bilden oder als Tasche ausgestaltet sein. Das zu sätzliche Material kann flüssig, fest oder gasförmig sein. Die gebogene Scheibe ist in ihrer möglichen Form typischerweise limitiert. Lediglich muss eine Fläche oder ein Bereich bereitgestellt werden sollte, der ein Verbinden mit der zwei ten Scheibe erlaubt.
Die Figuren 14a-h illustrieren nochmals den physikalischen Vorgang, der dem in Figur 8 dargestellten Verfahren zugrundeliegt. Insbesondere sind in den Figuren 14b bis h physikalische Größen dargestellt, die im anmeldungsgemä ßen Verfahren räumlich entlang der Länge der in Figur 14a dargestellten Glas scheibe 1 veränderlich sind. In Figur 14a ist nochmals die Glasscheibe gezeigt, die auf den Stützen 4 aufliegt, so dass ein Teil davon übersteht. Der überste hende Teil soll nun unter Einfluss der eingezeichneten Schwerkraft g nach unten abgebogen werden, wobei ein Krümmung in den innenliegenden Ab schnitt, der aus den Bereichen b, c und d gebildet wird, eingebracht werden soll. Die zu dem innenliegenden Abschnitt benachbarten Bereiche bzw. Ab schnitte a und d sollen unverformt bleiben (natürlich schließt das nicht aus, dass die Bereiche a und e zum Beispiel in vorangegangenen Schritten bereits
umgeformt wurden und ihrerseits überhaupt nicht flach sind sondern schon eine Krümmung aufweisen). Demnach werden zum Biegen nur die innenlie genden Bereiche b, c und d über die Verformungstemperatur erhitzt. In Figur 14b ist die entsprechende Zielkrümmung nach Bereichen dargestellt. Sie soll in den Bereichen a und e verschwinden und über die Bereiche b, c, d hinweg konstant sein. Das auf die Glasscheibe wirkende Biegemoment Mg, das aus der Schwerkraft resultiert, ist in Figur 14c über die Länge der Glasscheibe 1 hinweg aufgetragen. Hier ist bereits erkennbar, dass nach dem eingangs dis kutierten Zusammenhang k,(t) oc M, *t / (hί(T)*I,) die gewünschte Krümmung durch das aus der Schwerkraft herrührende Biegemoment alleine nicht her stellbar sein kann. Demgemäß werden die Temperatur und damit die Viskosi tät der Glasscheibe während des Biegens ortsabhängig nicht konstant einge stellt wird und es werden die eingetragenen Kräfte so eingestellt, dass die Oberfläche der Glasscheibe die Sollkontur an allen Stellen der Oberfläche, die nicht unbewegt bleiben - also vorliegend in den Bereichen b, c, d, e - gleich zeitig erreicht. In Figur 14d ist ein Beitrag zum Biegemoment eingezeichnet, der aus einem mit Klemmen oder Druckleisten eingeleiteten Zusatzmoment Mz herrührt. Wie in der Figur 14a erkennbar ist, handelt es sich um ein Mo ment, das der Biegebewegung der Glasscheibe folgt und diese so unterstützt. Es leistet einen konstanten Beitrag und kann beispielsweise dazu dienen, den Biegevorgang zu beschleunigen. Ein weiterer Beitrag zum Biegemoment ist in Figur 14e illustriert. Es handelt sich um das aus einer Zusatzkraft F resultie rende Moment, wobei die Zusatzkraft direkt an der Grenze der Bereiche d und e wirkt (so dass der nicht zu verformende Abschnitt e unbeeinträchtigt bleibt), indem eben an dieser Stelle beispielsweise eine zusätzliche Masse oder eine Druckleiste zur Verfügung gestellt wird. Die Summe der oben diskutierten Biegemomente ist in Figur 14f dargestellt. Wie deutlich wird, wirken die Bie gemomente in dem Bereich, in dem eine Krümmung eingebracht werden soll stark, während zum Beispiel der dahinterliegende Bereich e im Verhältnis da zu entlastet ist. Gleichwohl ist erkennbar, dass das Biegemoment in den Be reichen b, c, d aber nicht konstant ist, wie es sein müsste um die in 14b ge zeigte Krümmung zu erreichen. Deshalb wird, wie erwähnt, zusätzlich ein wei terer zur Verfügung stehender Parameter eingestellt - und zwar die Viskosi tät. Diese geht im Gegensatz zum Biegemoment invers in die Krümmung ein, sie wird also so eingestellt das der Quotient aus Gesamtmoment und Viskosi tät den gewünschten Verlauf annimmt, der vorteilhaft zu der Zielkrümmung
führt. Die Viskosität wird dabei, wie schon beschrieben, durch eine entspre chende Temperaturregulierung in den Bereichen b, c und d vorgenommen. Sämtliche Parameter können dabei während des Biegeprozesses überwacht und angepasst werden.
Bezugszeichenliste
1, la-lu Glasscheibe
3 Druckleiste
4 Stütze
5 Zielauflage
6 Halterung
7 Startauflage
8 Bewegliche Führungsauflage
9 Fixierung
10 Bewegliche Startauflage
11 Folie
12 Abstandshalter
13 zusätzliches Material ka Ausgangskontur
kz, kzi-kz3 Zwischenkontur
ks, ksi, ks2 Sollkonturen
ri-r3 Sollradien a-e äquitherme Abschnitte der Glasscheibe si-s3 Segmentlängen g Schwerefeld der Erde
F Kraft
M Biegemoment