EP4208420A1 - Glasbehälter - Google Patents

Glasbehälter

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Publication number
EP4208420A1
EP4208420A1 EP21762739.7A EP21762739A EP4208420A1 EP 4208420 A1 EP4208420 A1 EP 4208420A1 EP 21762739 A EP21762739 A EP 21762739A EP 4208420 A1 EP4208420 A1 EP 4208420A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
glass
glass container
tensile stress
depth
potassium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21762739.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas VOLAND
Sabine HÖNIG
Martin Gross
Michael Heidan
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.)
2mh Glas GmbH
Original Assignee
2mh Glass GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 2mh Glass GmbH filed Critical 2mh Glass GmbH
Publication of EP4208420A1 publication Critical patent/EP4208420A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D1/00—Containers having bodies formed in one piece, e.g. by casting metallic material, by moulding plastics, by blowing vitreous material, by throwing ceramic material, by moulding pulped fibrous material, by deep-drawing operations performed on sheet material
    • B65D1/02—Bottles or similar containers with necks or like restricted apertures, designed for pouring contents
    • B65D1/0207—Bottles or similar containers with necks or like restricted apertures, designed for pouring contents characterised by material, e.g. composition, physical features
    • B65D1/0215—Bottles or similar containers with necks or like restricted apertures, designed for pouring contents characterised by material, e.g. composition, physical features multilayered
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • 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
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47G—HOUSEHOLD OR TABLE EQUIPMENT
    • A47G19/00—Table service
    • A47G19/22—Drinking vessels or saucers used for table service
    • A47G19/2205—Drinking glasses or vessels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D1/00—Containers having bodies formed in one piece, e.g. by casting metallic material, by moulding plastics, by blowing vitreous material, by throwing ceramic material, by moulding pulped fibrous material, by deep-drawing operations performed on sheet material
    • B65D1/02—Bottles or similar containers with necks or like restricted apertures, designed for pouring contents
    • B65D1/0207—Bottles or similar containers with necks or like restricted apertures, designed for pouring contents characterised by material, e.g. composition, physical features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D1/00—Containers having bodies formed in one piece, e.g. by casting metallic material, by moulding plastics, by blowing vitreous material, by throwing ceramic material, by moulding pulped fibrous material, by deep-drawing operations performed on sheet material
    • B65D1/10—Jars, e.g. for preserving foodstuffs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/012—Tempering or quenching glass products by heat treatment, e.g. for crystallisation; Heat treatment of glass products before tempering by cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/016—Tempering or quenching glass products by absorbing heat radiated from the glass product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • 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
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions

Definitions

  • the invention relates to a glass container which has at least one wall and which is made from a base material which is an alkaline silicate glass.
  • thermal tempering columnloquially also referred to as thermal hardening or tempering
  • the glass workpiece to be strengthened is heated to approx. 600 °C in a furnace and then quickly quenched to room temperature. This quenching solidifies the surface and the external dimensions of the component change only slightly afterwards. Compressive stresses arise on the surface of the glass workpiece, which ultimately lead to greater breaking strength.
  • Thermal toughening is used in particular in the manufacture of toughened safety glass (ESG).
  • ESG toughened safety glass
  • the stress profile of toughened safety glass shows high internal tensile stresses throughout the glass thickness, which lead to a characteristic crumbly fracture pattern if the pane fails.
  • the treatment time in the molten salt is disadvantageously very long. It is usually between 8 and 36 hours.
  • the problem of long process times can be reduced by using expensive special glasses with the simultaneous use of complicated, in particular multi-stage, treatment processes.
  • DD 1579 66 discloses a method and a device for strengthening glass products by ion exchange.
  • the glass products are thereby by alkali ion exchange solidified between the glass surface and molten alkali salts.
  • hollow glass products with the opening facing downwards or hollow glass products that are rotated or pivoted about a horizontal axis are sprinkled with molten salt.
  • the salt is constantly circulated and passed through perforated plates in order to create a rain cascade for the glass products arranged in several layers.
  • this method can only be used in an economically viable manner when using comparatively expensive special glass.
  • DE 195 10 202 C2 discloses a method for producing hollow glass bodies using the blow-blow and press-blow shaping method with increased mechanical strength.
  • the method is characterized in that mist-like aqueous alkali metal salt solutions are added to the compressed air in the preliminary and/or finished mold of the blow-blow molding process or in the finished mold of the press-blow molding process.
  • DE 11 2014 003 344 T5 discloses chemically hardened glass for flat screens of digital cameras, cell phones, digital organizers, etc.
  • the jar is preheated to a temperature of 100′′ Celsius and then immersed in molten salt.
  • a glass container which is characterized in that a. at least one surface layer is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer, in particular immediately adjacent to the surface layer, is not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium and that b.
  • the glass container has a compressive stress down to a compressive stress depth and from the compressive stress depth a tensile stress, wherein the tensile stress increases with increasing depth up to a maximum tensile stress arranged in the inner layer and/or wherein the progression of the tensile stress as a function of the depth does not have a linear section and/ or where the The course of the tensile stress as a function of depth does not have a section in which the tensile stress is constant.
  • a combination of thermal and chemical hardening allows a glass container, in particular made of conventional glass, to have strength values that are many times higher than the strength values of an identical but untreated glass container.
  • the invention has the very special advantage that a smaller wall thickness of the glass object is required, in particular for objects of daily use, due to the increased breaking strength.
  • the consequence of this is that glass can be saved in the production of the glass objects compared to glass objects conventionally produced from the same glass material.
  • the glass objects produced according to the invention can therefore have a lower intrinsic weight than glass objects conventionally produced from the same glass material.
  • a blank is first produced in the known manner and heated to a primary temperature which is at most 50 Kelvin below and at most 30 Kelvin above the Littleton point of the glass material.
  • the blank is preferably not suddenly quenched to room temperature, but to a higher temperature.
  • the heated blank is preferably quenched to a quenching temperature which is at least 200 Kelvin and at most 550 Kelvin, in particular at least 200 Kelvin and at most 450 Kelvin, below the primary temperature.
  • An ion exchange process can then take place, which results in at least one surface layer being enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer, in particular immediately adjacent to the surface layer, is not enriched in potassium and not in sodium and/or lithium is depleted.
  • Considerably shorter treatment times are required for the ion exchange process according to the invention than with known methods of chemical hardening in order to achieve a significant overall increase in the strength values.
  • the ion exchange process can in particular directly follow the quenching process.
  • very high strength values can be achieved in this way, in particular with regard to bending strength, microhardness and scratch resistance, which exceed the strength values of an untreated, otherwise identical glass container many times over.
  • the glass container according to the invention has compressive stress down to a compressive stress depth and from the compressive stress depth a tensile stress, the tensile stress increasing with increasing depth up to a maximum tensile stress arranged in the inner layer and/or the course of the tensile stress being dependent does not have a linear section in terms of depth and/or wherein the course of the tensile stress as a function of depth does not have a section in which the tensile stress is constant.
  • the glass container according to the invention differs significantly, for example, from glass containers that have been treated with a known chemical toughening process.
  • the glass container according to the invention can advantageously be designed in particular in such a way that the surface layer has a thickness in the range from 0.5 ⁇ m to 60 ⁇ m, in particular in the range from 0.5 ⁇ m to 30 ⁇ m, in particular in the range from 0.5 ⁇ m to 15
  • the surface layer has the stated thickness, with the stated thickness of the surface layer advantageously being able to be achieved comparatively quickly despite dispensing with expensive special glasses that are difficult to produce.
  • the glass container can advantageously be designed in particular in such a way that at least one surface layer is enriched in potassium and depleted in sodium, while an inner layer, in particular immediately adjacent to the surface layer, is not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium, or in such a way that at least one surface layer is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer, in particular directly adjacent to the surface layer, is not enriched in potassium and not depleted in lithium.
  • a glass container which has at least one wall with two surface layers, in particular parallel to one another, is particularly robust. It can advantageously be provided that each of the two surface layers is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer arranged between the surface layers is not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium, and that the wall on both sides has a compressive stress down to a compressive stress depth and from the compressive stress depth a tensile stress, wherein the tensile stress increases with increasing depth up to a tensile stress maximum arranged in the inner layer and/or wherein the progression of the tensile stress as a function of the depth does not have a linear section and/ or wherein the plot of tensile stress versus depth has no portion where the tensile stress is constant.
  • This can be achieved in particular in that both outer sides of the wall of the Glass containers are treated the same.
  • the glass container can advantageously be designed in such a way that each of the two surface layers is enriched in potassium and depleted in sodium, while an inner layer arranged between the surface layers is not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium, or in such a way that each of the two surface layers is potassium-enriched and sodium- and/or lithium-depleted, while an inner layer disposed between the surface layers is potassium-non-enriched and lithium-non-enriched.
  • the maximum tensile stress is usually arranged centrally between the surface layers.
  • the glass container it is also possible for the glass container to have areas in which the maximum tensile stress is arranged eccentrically between the surface layers. This can be achieved in particular by selecting the geometry of the glass container and/or by treating the surface layers of the wall differently during production, in particular during solidification.
  • the glass container can be designed in such a way that it has a particularly large stress gradient on the side of the wall facing the expected impact of force in areas where a high level of usage stress is to be expected, while it has a particularly large stress gradient on the side of the wall facing away from the expected impact of force can have a lower voltage gradient.
  • only a first of the two surface layers is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while the other surface layer and an inner layer arranged between the surface layers are not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium, with the wall on both sides has a compressive stress down to a compressive stress depth and from the compressive stress depth a tensile stress, wherein the tensile stress increases with increasing depth up to a maximum tensile stress arranged in the inner layer and/or wherein the course of the tensile stress as a function of the depth does not have a linear section and/or wherein the course of the tensile stress as a function of depth does not have a section in which the tensile stress is constant.
  • Such a glass container can be achieved, for example, by treating only the outside of the blank in the manner described above after the blank has been produced.
  • it can be provided, for example, that the glass container before the ion exchange process is closed and the ion exchange process therefore takes place exclusively on the outside of the glass container.
  • the tensile stress maximum is mostly off-center between the surface layers of the wall of the glass container.
  • the wall of the glass container according to the invention can advantageously have a thickness in the range from 0.5 mm to 5 mm, in particular in the range from 1 mm to 3 mm or in the range from 1.5 mm to 3 mm or in the range from 2 mm to 3 mm. exhibit.
  • the wall can have a thickness of more than 1.5 mm. It has been shown that with such thicknesses, particularly good strength values can be achieved in comparison to the same but untreated glass containers. This is particularly advantageous because glass containers with walls of this type are used in large numbers as utility containers, for example as yoghurt containers or milk bottles or containers for other beverages, especially in reusable systems.
  • a glass container according to the invention can have a significantly lower weight with the same strength, since a significantly smaller thickness of the wall and therefore less glass material is required. Less material is required to produce such a glass container, which reduces the material costs.
  • the capacity is greater than in conventional glass containers of the same material and strength with the same external dimensions due to the lower thickness of the wall.
  • transport is simplified and, in particular, more cost-effective because the glass container according to the invention weighs less than a conventional glass container of the same material and the same strength.
  • the glass container according to the invention can in particular be designed in such a way that the strength, in particular a strength measured according to DIN EN 7458, method B, of the glass container is at least 1.5 times, in particular at least twice or at least three times or at least four times or at least five times higher than the strength of an identical glass container, in particular a glass container of the same shape and size and the same basic material, which does not have the above-mentioned special features of the glass container according to the invention.
  • the glass container according to the invention can in particular be manufactured in such a way that the surface layer (or the surface layers) has (have) an increased hardness compared to the inner layer and/or that the surface layer (or the surface layers) has a Martens hardness, measured in particular according to DIN EN ISO 14577-1 at a test force of 2N, in the range from 3,500 N/mm2 to 3,900 N/mm2, in particular in the range from 3,650 N/mm2 to 3,850 N/mm2 (have).
  • the glass container according to the invention can have such strength values have, although no expensive special glasses are used as raw material and although no long process times for solidification are to be accepted. Process times of less than one hour are usually sufficient to achieve the above-mentioned strength of the glass container.
  • the glass container can be designed such that the proportion of potassium in the surface layer is greater than the total proportion of sodium and lithium to a depth in the range from 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m and that the proportion of potassium decreases a depth in the range of 0.5
  • Such an embodiment advantageously has particularly high strength.
  • the depletion of sodium and/or lithium in the potassium-enriched surface layer may be at least 50 percent by mass down to a depth of at least a quarter of the thickness of the surface layer.
  • the glass material from which the glass container is made is advantageously an alkali-earth-alkaline silicate glass, in particular a soda-lime glass, or a borosilicate glass.
  • alkali-earth-alkaline silicate glass in particular a soda-lime glass, or a borosilicate glass.
  • These glasses, and in particular alkali-earth-alkaline silicate glass have the particular advantage that they can be obtained at low cost.
  • Alkali-earth silicate glass has the added benefit of being easy to recycle. In particular, it is not a problem to dispose of such a glass container according to the invention in a waste glass container.
  • the glass material from which the glass container is made can also be an aluminosilicate glass.
  • the glass material is not an aluminosilicate glass because such glass is too complex and, in particular, too expensive to produce.
  • the glass material preferably has an aluminum oxide content of less than 5% (percent by mass) (Al2O3 ⁇ 5%), in particular less than 4.5% (percent by mass) (Al2O3 ⁇ 4.5%).
  • the glass material can advantageously have a silicon dioxide content (SiO2) of more than 58% (mass percent) and less than 85% (mass percent), in particular more than 70% (mass percent) and less than 74% (mass percent).
  • SiO2 silicon dioxide content
  • a glass material that is an alkali-earth-alkaline silicate glass can advantageously have a silicon dioxide content of more than 70% (percent by mass) and less than 74% (percent by mass).
  • the glass material has an alkali oxide content, in particular sodium oxide content (Na2O) and/or lithium oxide content (Li2O), in the range from 5% (mass percent) to 20% (mass percent), in particular in the range from 10% (mass percent ) to 14.5% (mass percent) or in the range from 12% (mass percent) to 13.5% (mass percent).
  • an alkali oxide content in particular sodium oxide content (Na2O) and/or lithium oxide content (Li2O)
  • Na2O sodium oxide content
  • Li2O lithium oxide content
  • the glass material can (alternatively or additionally) advantageously have a potassium oxide (K2O) content of at most 7% (mass percent), in particular at most 3% (mass percent) or at most 1% (mass percent).
  • K2O potassium oxide
  • the glass material can have a potassium oxide content in the range from 0.5% (mass percent) to 0.9% (mass percent).
  • the glass material has a boron trioxide content (B2O3) of less than 15% (percent by mass), in particular of at most 5% (percent by mass).
  • B2O3 boron trioxide content
  • the glass container can advantageously have at least one section which is tubular.
  • at least one section of the glass container can be designed in the shape of a circular cylinder.
  • the glass container according to the invention can have a cylindrical section whose base deviates from the circular shape.
  • the base area can, for example, be oval or have the shape of a polygon.
  • the glass container can be designed to be rotationally symmetrical, for example.
  • the glass container in particular in a horizontal cross section, to have an angular, in particular a square shape.
  • the glass container according to the invention can be used in particular as a packaging glass, in particular as a yoghurt glass or as a jam jar or as a preserving jar, or as a drinking glass, in particular a wine glass or as a stemmed glass or as a beer glass or as a champagne glass or as a cocktail glass, or as a bottle, in particular as a drinking bottle or as a beverage bottle or as a champagne bottle or as a beer bottle or as a wine bottle.
  • a packaging glass in particular as a yoghurt glass or as a jam jar or as a preserving jar
  • a drinking glass in particular a wine glass or as a stemmed glass or as a beer glass or as a champagne glass or as a cocktail glass
  • a bottle in particular as a drinking bottle or as a beverage bottle or as a champagne bottle or as a beer bottle or as a wine bottle.
  • 1 shows a schematic representation, not true to scale, of a first component of the stress curve 1 within the wall of a glass container according to the invention
  • 2 shows a schematic representation, not true to scale, of a second component of the stress profile 1 within the wall of a glass container according to the invention
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of a glass container according to the invention
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a glass container according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation, which is not true to scale, of a first component of the stress profile 1 within the wall 8 of a glass container according to the invention, which has a thickness 6 .
  • the first component of the stress curve 1 is based on the fact that first a blank was produced and heated to a primary temperature which is at most 50 Kelvin below and at most 30 Kelvin above the Littleton point of the glass material and then quenched to a quenching temperature which is at least 200 Kelvin and at most 550 Kelvin, in particular at least 200 Kelvin and at most 450 Kelvin, below the primary temperature.
  • the compressive stress 3 increases to the right, starting from the zero line drawn in dashed lines, while the tensile stress 4 increases to the left, starting from the zero line drawn in dashed lines.
  • the wall 8 has on both sides a compressive stress 3 that decreases towards the inside, which transitions into a tensile stress 4 that increases up to the center between the outer sides of the wall, with the progression of the tensile stress depending on the depth not having a linear section and has no portion where the tensile stress 4 is constant depending on the depth.
  • the first component has a maximum 5 of tensile stress 4.
  • the strength of the glass container is increased by a second component of the stress profile 1 within the wall of a glass container according to the invention, as is shown schematically in FIG.
  • Figure 2 shows a schematic representation, not true to scale, of a second component of the stress profile 1 within the wall 8 of a glass container 7 according to the invention, which is based on the fact that the two surface layers 10 are enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while the to the Surface layers 10 immediately adjacent inner layer 11 is not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium. It can be seen that the stress profile 1 of the second component in the inner layer 11 is largely linear.
  • the overall acting stress curve is determined by the first component and the second component together, so that the wall 8 has a compressive stress 3 on both sides down to a compressive stress depth 2 and a tensile stress 4 from the compressive stress depth 2, with the tensile stress 4 increasing with increasing depth up to a tensile stress maximum 5 arranged in the inner layer 11 and/or wherein the curve of the tensile stress 4 as a function of the depth does not have a linear section and/or the curve of the tensile stress 4 as a function of the depth does not have a section in which the tensile stress 4 is constant.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional representation of a first exemplary embodiment of a glass container 7 according to the invention, which is designed as a wine glass and has a wall 8 .
  • Detailed view 9 of a section of wall 8 shows that wall 8 has a surface layer 10 on both sides, which is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer 1 1 is not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium.
  • the wall 8 has a stress profile 1 which results from the simultaneous action of the two components shown in FIGS.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional representation of a second exemplary embodiment of a glass container 7 according to the invention, which is designed as a bottle and has a wall 8 .
  • Detailed view 9 shows that the wall 8 has a surface layer 10 on one side, which is enriched in potassium and depleted in sodium and/or lithium, while an inner layer 11, in particular immediately adjacent to the surface layer 10, and the other surface layer 12 not enriched in potassium and not depleted in sodium and/or lithium.
  • the wall 8 has an asymmetrical stress profile 1 based on two asymmetrical components, with the maximum tensile stress being arranged eccentrically between the outer sides of the wall 8 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Glasbehälter, der wenigstens eine Wandung aufweist und der aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das ein alkalihaltiges Silikatglas ist. Der Glasbehälter zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende, Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist und dass der Glasbehälter bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung aufweist, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist.

Description

Glasbehälter
Die Erfindung betrifft einen Glasbehälter, der wenigstens eine Wandung aufweist und der aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das ein alkalihaltiges Silikatglas ist.
Es sind verschiedene Härte- und Verfestigungsverfahren bekannt, um Glas als vielseitiges Hightech Material der jeweiligen Verwendung ideal anzupassen. Die meisten Härte- und Verfestigungsverfahren sind entweder nur sehr aufwändig anwendbar und/oder setzen die Verwendung von zumeist teurem Spezialglas voraus.
Beispielsweise ist es bekannt, die Bruchfestigkeit von Glas durch sog. thermisches Vorspannen (umgangssprachlich auch thermisches Härten oder Tempern genannt) zu erhöhen. Hierbei wird das zu verfestigende Glaswerkstück in einem Ofen auf ca. 600 °C erhitzt und dann schnell auf Raumtemperatur abgeschreckt. Durch dieses Abschrecken erstarrt die Oberfläche und die äußeren Abmessungen des Bauteiles ändern sich danach nur noch wenig. Es entstehen an der Oberfläche des Glaswerkstücks Druckspannungen, die im Ergebnis zu einer höheren Bruchfestigkeit führen. Das thermische Vorspannen kommt insbesondere bei der Herstellung von Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) zum Einsatz. Das Spannungsprofil von Einscheiben- Sicherheitsglas weist über die Glasdicke im Inneren hohe Zugspannungen auf, die im Versagensfall der Scheibe zu einem charakteristischen Krümelbruchbild führen.
Es ist auch bekannt, Glasgegenstände durch chemisches Vorspannen zu verfestigen. Beim chemischen Vorspannen wird zwischen Verfahren mit einem sogenannten Hochtemperatur- lonenaustausch und Verfahren mit einem sogenannten Niedertemperatur-Ionenaustausch unterschieden. Lediglich Verfahren mit Niedertemperatur-Ionenaustausch, bei dem ein Alkali- Ion durch ein größeres Alkali- Ion ersetzt wird, haben bislang industriellen Einsatz gefunden. Bei diesen Verfahren wird eine Druckspannungszone an der Oberfläche des Glases durch einen lonenaustausch erreicht, der zumeist in einem Bad aus geschmolzenem Salz zwischen der Glasoberfläche und dem Salzbad stattfindet. Es werden beispielsweise Natriumionen gegen Kaliumionen ausgetauscht, wodurch in der Glasoberfläche eine Druckspannungszone entsteht, weil die Kaliumionen größer sind als die Natriumionen. Für handelsübliche Gläser (Alkali-Erdalkali- Silikatgläser) ist die Behandlungszeit in der Salzschmelze nachteiliger Weise sehr lang. Sie beträgt üblicherweise zwischen 8 und 36 Stunden. Das Problem der langen Prozesszeiten kann durch die Verwendung teurer Spezialgläser bei gleichzeitiger Anwendung komplizierter, insbesondere mehrstufiger, Behandlungsverfahren vermindert werden.
Aus DD 1579 66 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfestigung von Glaserzeugnissen durch lonenaustausch bekannt. Die Glaserzeugnisse werden dabei durch Alkaliionenaustausch zwischen der Glasoberfläche und Alkalisalzschmelzen verfestigt. Zur Verfestigung werden Hohlglaserzeugnisse mit nach unten gekehrter Öffnung oder Hohlglaserzeugnisse, die um eine horizontale Achse gedreht oder geschwenkt werden, mit der Salzschmelze beregnet. Hierbei wird das Salz ständig umgewälzt und durch Lochbleche geleitet, um für die in mehreren Lagen angeordneten Glaserzeugnisse eine Regenkaskade zu erzeugen. Nachteiliger Weise ist dieses Verfahren nur unter Verwendung von vergleichsweise teurem Spezialglas wirtschaftlich sinnvoll nutzbar.
Aus DE 195 10 202 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohlglaskörpern nach dem Blas-Blas- und Press-Blas-Formgebungsverfahren mit erhöhter mechanischer Festigkeit bekannt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Blaspressluft in der Vor- und/oder Fertigform des Blas-Blas-Formgebungsverfahrens oder in der Fertigform des Press-Blas-Formgebungsverfahrens nebelförmige wässrige Alkalimetallsalzlösungen beigemischt werden.
Aus DE 1 1 2014 003 344 T5 ist ein chemisch gehärtetes Glas für Flachbildschirme von Digital- Kameras, Mobiltelefonen, digitalen Organizern usw., bekannt. Das chemisch gehärtete Glas weist eine Druckbelastungsschicht auf, die mit einem lonenaustausch-Verfahren erzeugt wird, wobei das Glas eine Oberflächen-Rauigkeit von 0,20 nm oder höher aufweist und wobei die Wasserstoffkonzentration Y im Bereich zu einer Tiefe X von einer äußersten Oberfläche des Glases der Gleichung Y = aX + b bei X = von 0,1 bis 0,4 (pm) genügt. Das Glas wird auf eine Temperatur von 100 “Celsius vorgeheizt und dann in geschmolzenes Salz eingetaucht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Glasbehälter anzugeben, der eine hohe Festigkeit aufweist und der, insbesondere im Hinblick auf eine Massenproduktion, schnell und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe wird durch einen Glasbehälter gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass a. wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende, Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist und dass b. der Glasbehälter bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung aufweist, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist.
In erfindungsgemäßer Weise wurde erkannt, dass durch eine Kombination von thermischem und chemischem Härten ein Glasbehälter, insbesondere aus herkömmlichem Gebrauchsglas, Festigkeitswerte aufweisen kann, die um ein Vielfaches über den Festigkeitswerten eines gleichen, jedoch unbehandelten Glasbehälters liegen.
Die Erfindung hat den ganz besonderen Vorteil, dass insbesondere für Gebrauchsgegenstände des täglichen Bedarfs auf Grund der erhöhten Bruchfestigkeit eine geringere Wandstärke des Glasgegenstandes erforderlich ist. Dies hat zur Folge, dass bei der Herstellung der Glasgegenstände gegenüber herkömmlich aus demselben Glasmaterial hergestellten Glasgegenständen Glas eingespart werden kann. Insbesondere können die erfindungsgemäß hergestellten Glasgegenstände daher ein geringeres Eigengewicht aufweisen, als herkömmlich aus demselben Glasmaterial hergestellte Glasgegenstände.
In erfindungsgemäßer Weise wurde insbesondere erkannt, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn ein Rohling zunächst in der bekannten Weise hergestellt und auf eine Primärtemperatur, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton- Punkt des Glasmaterials liegt, erwärmt wird. Anders als bei dem herkömmlichen Tempern wird der Rohling jedoch vorzugsweise nicht schlagartig auf Raumtemperatur abgeschreckt, sondern auf eine höhere Temperatur. Vorzugsweise wird der erwärmte Rohling auf eine Abschrecktemperatur abgeschreckt, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter der Primärtemperatur liegt.
Danach kann ein lonenaustauschprozess stattfinden, der bewirkt, dass im Ergebnis wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende, Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist. Für den lonenaustauschprozess sind erfindungsgemäß wesentlich kürzere Behandlungszeiten erforderlich als bei bekannten Methoden des chemischen Härtens, um insgesamt eine wesentliche Erhöhung der Festigkeitswerte zu erreichen. Der lonenaustauschprozess kann sich insbesondere unmittelbar an den Prozess des Abschreckens anschließen. Insbesondere können so sehr hohe Festigkeitswerte, insbesondere im Hinblick auf Biegebruchfestigkeit, Mikrohärte und Kratzfestigkeit, erreicht werden, die die Festigkeitswerte eines unbehandelten, ansonsten gleichen Glasbehälters um ein Vielfaches übersteigen. Der erfindungsgemäße Glasbehälter weist durch die oben erläuterte Art der Behandlung bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung auf, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist. Hierin unterscheidet sich der erfindungsgemäße Glasbehälter ganz wesentlich beispielsweise von Glasbehältern, die mit einem bekannten chemischen Vorspannverfahren behandelt wurden.
Der erfindungsgemäße Glasbehälter kann vorteilhaft insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Oberflächenschicht eine Dicke im Bereich von 0,5 |_im bis 60 pm, insbesondere im Bereich von 0,5 pm bis 30 pm, insbesondere im Bereich von 0,5 |_im bis 15 |_im aufweist. In vorteilhafter Weise wurde erkannt, dass sehr hohe Festigkeitswerte erreicht werden, wenn die Oberflächenschicht die genannte Dicke aufweist, wobei die genannte Dicke der Oberflächenschicht in vorteilhafter Weise trotz des Verzichts auf teure und aufwändig herstellbare Spezialgläser vergleichsweise schnell erreichbar ist.
Der Glasbehälter kann vorteilhaft insbesondere derart ausgebildet sein, dass wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende, Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist oder derart, dass wenigstens eine Oberflächenschicht an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht angrenzende, Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Lithium abgereichert ist.
Ganz besonders robust ist ein Glasbehälter, der wenigstens eine Wandung mit zwei, insbesondere zueinander parallelen, Oberflächenschichten aufweist. Hierbei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass jede der beiden Oberflächenschichten an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, währende eine zwischen den Oberflächenschichten angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, und dass die Wandung beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung aufweist, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass beide Außenseiten der Wandung des Glasbehälters gleich behandelt werden.
Hierbei kann der Glasbehälter vorteilhaft insbesondere derart ausgebildet sein, dass jede der beiden Oberflächenschichten an Kalium angereichert und an Natrium abgereichert ist, während eine zwischen den Oberflächenschichten angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist oder derart, dass jede der beiden Oberflächenschichten an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine zwischen den Oberflächenschichten angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Lithium abgereichert ist.
Insbesondere in den Bereichen der Wandung des Glasbehälters, in denen die Oberflächenschichten gleich ausgebildet und zueinander parallel sind, ist das Zugspannungsmaximum zumeist mittig zwischen den Oberflächenschichten angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass der Glasbehälter Bereiche aufweist, bei denen das Zugspannungsmaximum außermittig zwischen den Oberflächenschichten angeordnet ist. Dies kann insbesondere durch die Auswahl der Geometrie des Glasbehälters und/oder durch eine unterschiedliche Behandlung der Oberflächenschichten der Wandung bei der Herstellung, insbesondere beim Verfestigen, erreicht werden.
Insbesondere kann der Glasbehälter derart ausgebildet sein, dass er in Bereichen, bei denen eine hohe Gebrauchsbelastung zu erwarten ist, zu der der erwarteten Krafteinwirkung hin ausgerichteten Seite der Wandung einen besonders großen Spannungsgradienten aufweist, während er auf der der zu erwarteten Krafteinwirkung abgewandten Seite der Wandung einen geringeren Spannungsgradienten aufweisen kann.
Bei einer anderen Ausführung ist lediglich eine erste der beiden Oberflächenschichten an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert, währende die andere Oberflächenschicht und eine zwischen den Oberflächenschichten angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind, wobei die Wandung beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung aufweist, wobei die Zugspannung mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung konstant ist. Ein solcher Glasbehälter kann beispielsweise erreicht werden, indem nach dem Herstellen des Rohlings lediglich die Außenseite des Rohlings in der oben beschriebenen Weise weiter behandelt wird. Insbesondere kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Glasbehälter vor dem lonenaustauschprozess verschlossen wird und der lonenaustauschprozess daher ausschließlich an der Außenseite des Glasbehälters stattfindet. Bei einem solchen Glasbehälter liegt das Zugspannungsmaximum zumeist außermittig zwischen den Oberflächenschichten der Wandung des Glasbehälters.
Die Wandung des erfindungsgemäßen Glasbehälters kann vorteilhaft eine Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere im Bereich von 1 mm bis 3 mm oder im Bereich von 1 ,5 mm bis 3 mm oder im Bereich von 2 mm bis 3 mm, aufweisen. Insbesondere kann die Wandung eine Dicke von mehr als 1 ,5 mm aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass bei derartigen Dicken besonders gute Festigkeitswerte im Vergleich zu gleichen, jedoch unbehandelten Glasbehältern erzielt werden können. Dies ist ganz besonders vorteilhaft, weil Glasbehälter mit derartigen Wandungen insbesondere in großen Stückzahlen als Gebrauchsbehälter, beispielsweise als Joghurtbehälter oder Milchflasche oder Behälter für andere Getränke, insbesondere auch in Mehrwegsystemen Verwendung finden.
Insbesondere kann vorteilhaft ausgenutzt werden, dass ein erfindungsgemäßer Glasbehälter bei gleicher Festigkeit ein deutlich niedrigeres Gewicht aufweisen kann, da eine wesentlich geringere Dicke der Wandung und daher weniger Glasmaterial erforderlich ist. Für die Herstellung eines solchen Glasbehälters ist ein geringerer Materialaufwand nötig, was die Materialkosten senkt. Darüber hinaus ist das Fassungsvermögen bei gleichen Außenabmessungen auf Grund der geringeren Dicke der Wandung größer als bei herkömmlichen Glasbehältern gleichen Materials und gleicher Festigkeit. Außerdem ist der Transport vereinfacht und insbesondere kostengünstiger, weil der erfindungsgemäße Glasbehälter weniger wiegt als ein herkömmlicher Glasbehälter gleichen Materials und gleicher Festigkeit.
Der erfindungsgemäße Glasbehälter kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Festigkeit, insbesondere eine Festigkeit gemessen gemäß DIN EN 7458, Verfahren B, des Glasbehälters wenigstens 1 ,5 mal, insbesondere wenigstens zweimal oder wenigstens dreimal oder wenigstens viermal oder wenigstens fünfmal, höher ist, als die Festigkeit eines gleichen Glasbehälters, insbesondere eines Glasbehälters gleicher Form und Größe und gleichen Grundmaterials, der nicht die oben genannten besonderen Merkmale des erfindungsgemäßen Glasbehälters aufweist. Der erfindungsgemäße Glasbehälter kann insbesondere derart hergestellt sein, dass die Oberflächenschicht (bzw. die Oberflächenschichten) eine im Vergleich zu der Innenschicht eine gesteigerte Härte aufweist (aufweisen) und/oder dass die Oberflächenschicht (bzw. die Oberflächenschichten) eine Martenshärte, insbesondere gemessen gemäß DIN EN ISO 14577-1 bei einer Prüfkraft von 2N, im Bereich von 3.500 N/mm2 bis 3.900 N/mm2, insbesondere im Bereich von 3.650 N/mm2 bis 3.850 N/mm2 aufweist (aufweisen). Wie bereits erwähnt kann der erfindungsgemäße Glasbehälter derartige Festigkeitswerte aufweisen, obwohl keine teuren Spezialgläser als Rohmaterial verwendet werden und obwohl keine langen Prozesszeiten zum Verfestigen in Kauf zu nehmen sind. Zumeist sind Prozesszeiten von unter einer Stunde ausreichend um die oben genannte Festigkeit des Glasbehälters zu erreichen.
In vorteilhafter Weise kann der Glasbehälter derart ausgebildet sein, dass in der Oberflächenschicht der Anteil an Kalium bis in eine Tiefe im Bereich von 0,5 |_im bis 10 |_im größer ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium und dass der Anteil an Kalium ab einer Tiefe im Bereich von 0,5 |_im bis 10 |_im kleiner ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium. Eine derartige Ausführung weist vorteilhaft eine besonders hohe Festigkeit auf.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Abreicherung von Natrium und/oder Lithium in der mit Kalium angereicherten Oberflächenschicht bis in eine Tiefe von mindestens einem Viertel der Dicke der Oberflächenschicht mindestens 50 Massenprozent beträgt.
Das Glasmaterial, aus dem der Glasbehälter hergestellt ist, ist vorteilhaft ein Alkali-Erdalkali- Silikatglas, insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas. Diese Gläser, und ganz insbesondere Alkali-Erdalkali-Silikatglas, haben den besonderen Vorteil, dass sie kostengünstig erhältlich sind. Alkali-Erdalkali-Silikatglas hat den zusätzlichen Vorteil, und dass ein einfaches Recycling möglich ist. Insbesondere stellt es kein Problem dar, einen solchen erfindungsgemäßen Glasbehälter in einem Altglascontainer zu entsorgen.
Das Glasmaterial, aus dem der Glasbehälter hergestellt ist, kann auch ein Alumosilikatglas sein. Vorzugsweise ist Glasmaterial jedoch kein Alumosilikatglas, weil derartiges Glas zu aufwendig und insbesondere zu teuer in der Herstellung ist. Vorzugsweise weist das Glasmaterial einen Aluminiumoxidanteil weniger als 5 % (Massenprozent) (AI2O3 < 5 %), insbesondere von weniger als 4,5 % (Massenprozent) (AI2O3 < 4,5 %), auf.
Das Glasmaterial kann vorteilhaft einen Siliziumdioxidanteil (SiO2)von mehr als 58 % (Massenprozent) und von weniger als 85 % (Massenprozent), insbesondere von mehr als 70 % (Massenprozent) und von weniger als 74 % (Massenprozent) aufweisen. Insbesondere ein Glasmaterial, das ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas ist, kann vorteilhaft einen Siliziumdioxidanteil von mehr als 70 % (Massenprozent) und von weniger als 74 % (Massenprozent) aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Glasmaterial einen Alkalioxidanteil, insbesondere Natriumoxidanteil (Na2O) und/oder Lithiumoxidanteil (Li2O), im Bereich von 5 % (Massenprozent) bis 20 % (Massenprozent), insbesondere im Bereich von 10 % (Massenprozent) bis 14,5% (Massenprozent) oder im Bereich von 12 % (Massenprozent) bis 13,5 % (Massenprozent) aufweist.
Das Glasmaterial kann (alternativ oder zusätzlich) vorteilhaft einen Kaliumoxidanteil (K2O) von höchstens 7 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 3% (Massenprozent) oder von höchstens 1 % (Massenprozent), aufweisen. Insbesondere kann das Glasmaterial einen Kaliumoxidanteil im Bereich von 0,5% (Massenprozent) bis 0,9 % (Massenprozent) aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Glasmaterial einen Bortrioxidanteil (B2O3) von weniger als 15 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 5 % (Massenprozent), aufweist.
Hinsichtlich der Form des Glasbehälters gibt es keine grundsätzlichen Beschränkungen. Insbesondere im Hinblick auf das Herstellen von Flaschen und Trinkgefäßen kann der Glasbehälter vorteilhaft wenigstens einen Abschnitt aufweisen, der rohrförmig ausgebildet ist. Insbesondere kann wenigstens ein Abschnitt des Glasbehälters kreiszylinderförmig ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der erfindungsgemäße Glasbehälter einen zylinderförmigen Abschnitt aufweist, dessen Grundfläche von der Kreisform abweicht. Insbesondere kann die Grundfläche beispielsweise oval ausgebildet sein oder die Form eines Vielecks aufweisen.
Ganz allgemein kann der Glasbehälter beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Es ist alternativ auch möglich, dass der Glasbehälter, insbesondere in einem Horizontalquerschnitt, eine eckige, insbesondere eine quadratische Form aufweist.
Wie bereits erwähnt kann der erfindungsgemäße Glasbehälter insbesondere als Verpackungsglas, insbesondere als Joghurtglas oder als Marmeladenglas oder als Einmachglas, oder als Trinkglas, insbesondere Weinglas oder als Stielglas oder als Bierglas oder als Sektglas oder als Cocktailglas, oder als Flasche, insbesondere als Trinkflasche oder als Getränkeflasche oder als Sektflasche oder als Bierflasche oder als Weinflasche, ausgebildet sein.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft und schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer ersten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb der Wandung eines erfindungsgemäßen Glasbehälters, Fig. 2 eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer zweiten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb der Wandung eines erfindungsgemäßen Glasbehälters,
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Glasbehälters, und
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Glasbehälters.
Figur 1 zeigt eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer ersten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb der Wandung 8 eines erfindungsgemäßen Glasbehälters, die eine Dicke 6 aufweist. Die erste Komponente des Spannungsverlaufs 1 beruht auf dem Umstand, dass zunächst ein Rohling hergestellt und auf eine Primärtemperatur, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, erwärmt und anschließend sauf eine Abschrecktemperatur abgeschreckt wurde, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter der Primärtemperatur liegt.
In dem Diagramm nimmt die Druckspannung 3 ausgehend von der gestrichelt eingezeichneten Nulllinie nach rechts hin zu, während die Zugspannung 4 ausgehend von der gestrichelt eingezeichneten Nulllinie nach links hin zunimmt.
Es ist zu erkennen, dass die Wandung 8 beidseitig jeweils eine nach innen hin abnehmende Druckspannung 3 aufweist, die in eine bis zur Mitte zwischen den Außenseiten der Wandung ansteigende Zugspannung 4 übergeht, wobei der Verlauf der Zugspannung in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung 4 konstant ist. In der Mitte zwischen den Außenseiten der Wandung hat die erste Komponente ein Maximum 5 an Zugspannung 4.
Zu der in Figur 1 dargestellten ersten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb der Wandung eines erfindungsgemäßen Glasbehälters tritt die Festigkeit des Glasbehälters verstärkend eine zweite Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb der Wandung eines erfindungsgemäßen Glasbehälters hinzu, wie sie schematisch in Figur 2 dargestellt ist.
Figur 2 zeigt eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer zweiten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb der Wandung 8 eines erfindungsgemäßen Glasbehälters 7, die auf dem Umstand beruht, dass die beiden Oberflächenschichten 10 an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind, während die an die Oberflächenschichten 10 unmittelbar angrenzende Innenschicht 1 1 nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist. Es ist zu erkennen, dass der Spannungsverlauf 1 der zweiten Komponente in der Innenschicht 11 größtenteils linear ist.
Sowohl die erste Komponente, als auch die zweite Komponente tragen zur Festigkeit des Glasbehälters 7 bei. Daher ist der insgesamt wirkende Spannungsverlauf durch die erste Komponente und die zweite Komponente gemeinsam bestimmt, so dass die Wandung 8 im Ergebnis beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe 2 eine Druckspannung 3 und ab der Druckspannungstiefe 2 eine Zugspannung 4 aufweist, wobei die Zugspannung 4 mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht 1 1 angeordneten Zugspannungsmaximum 5 ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung 4 in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung 4 in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung 4 konstant ist.
Figur 3 zeigt in einer Querschnittsdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Glasbehälters 7, der als Weinglas ausgebildet ist und der eine Wandung 8 aufweist. In der Detaildarstellung 9 eines Ausschnitts der Wandung 8 ist dargestellt, dass die Wandung 8 beidseitig jeweils eine Oberflächenschicht 10 aufweist, die an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht 10 angrenzende, Innenschicht 1 1 nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist. Die Wandung 8 weist einen Spannungsverlauf 1 auf, der aus der gleichzeitigen Wirkung der beiden in den Figuren 1 und 2 dargestellten Komponenten resultiert.
Figur 4 zeigt in einer Querschnittsdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Glasbehälters 7, der als Flasche ausgebildet ist und der eine Wandung 8 aufweist. In der Detaildarstellung 9 ist dargestellt, dass die Wandung 8 einseitig eine Oberflächenschicht 10 aufweist, die an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht 10 angrenzende, Innenschicht 1 1 sowie die andere Oberflächenschicht 12 nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind. Die Wandung 8 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen sich auf zwei asymmetrischen Komponenten beruhenden asymmetrischen Spannungsverlauf 1 auf, wobei das Zugspannungsmaximum außermittig zwischen den Außenseiten der Wandung 8 angeordnet ist. Bezuqszeichenliste:
1 Spannungsverlauf
2 Druckspannungstiefe 3 Druckspannung
4 Zugspannung
5 Zugspannungsmaximum
6 Dicke
7 Glasbehälter 8 Wandung
9 Detaildarstellung
10 Oberflächenschicht
11 Innenschicht
12 Andere Oberflächenschicht

Claims

Patentansprüche
1. Glasbehälter (7), der wenigstens eine Wandung (8) aufweist und der aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das ein alkalihaltiges Silikatglas ist, dadurch gekennzeichnet, dass a. wenigstens eine Oberflächenschicht (10) an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht (10) angrenzende, Innenschicht (1 1 ) nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist und dass b. der Glasbehälter (7) bis in eine Druckspannungstiefe (2) eine Druckspannung (3) und ab der Druckspannungstiefe (2) eine Zugspannung (4) aufweist, wobei die Zugspannung (4) mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht (1 1 ) angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung (4) konstant ist.
2. Glasbehälter (7) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (10) eine Dicke im Bereich von 0,5 |_im bis 60 pm, insbesondere im Bereich von 0,5 |_im bis 30 pm, insbesondere im Bereich von 0,5 |_im bis 15 |_im aufweist.
3. Glasbehälter (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasbehälter (7) wenigstens eine Wandung (8) mit zwei, insbesondere zueinander parallelen, Oberflächenschichten (10) aufweist.
4. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass a. jede der beiden Oberflächenschichten (10) an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnete Innenschicht nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist und dass b. die Wandung (8) beidseitig jeweils bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung (3) und ab der Druckspannungstiefe (2) eine Zugspannung (4) aufweist, wobei die Zugspannung (4) mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht (1 1 ) angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung (4) konstant ist.
. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum mittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist.. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum außermittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist. . Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass a. lediglich eine erste der beiden Oberflächenschichten (10) an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, währende die andere Oberflächenschicht (8) und eine zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnete Innenschicht (1 1 ) nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind und dass b. die Wandung (8), insbesondere beidseitig jeweils, bis in eine Druckspannungstiefe (2) eine Druckspannung (3) und ab der Druckspannungstiefe (2) eine Zugspannung (4) aufweist, wobei die Zugspannung (4) mit zunehmender Tiefe bis zu einem in der Innenschicht angeordneten Zugspannungsmaximum ansteigt und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen linearen Abschnitt aufweist und/oder wobei der Verlauf der Zugspannung (4) in Abhängigkeit von der Tiefe keinen Abschnitt aufweist, in dem die Zugspannung (4) konstant ist. . Glasbehälter (7) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum außermittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist. . Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (8) eine Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere im Bereich von 1 mm bis 3 mm oder im Bereich von 1 ,5 mm bis 3 mm, aufweist oder dass die Wandung (8) eine Dicke von mehr als 1 ,5 mm aufweist. . Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeit, insbesondere eine Festigkeit gemessen gemäß DIN EN 7458, des Glasbehälters (7) wenigstens 1 ,5 mal, insbesondere wenigstens zweimal oder wenigstens dreimal oder wenigstens viermal oder wenigstens fünfmal, höher ist, als die Festigkeit eines gleichen Glasbehälters (7), insbesondere eines Glasbehälters (7) gleicher Form und Größe und gleichen Grundmaterials, der nicht die Merkmale des Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 aufweist. 1. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (10) eine im Vergleich zu der Innenschicht (1 1 ) eine gesteigerte Härte aufweist und/oder dass die Oberflächenschicht (10) eine Martenshärte, 14 insbesondere gemessen gemäß DIN EN ISO 14577-1 bei einer Prüfkraft von 2N, im Bereich von 3.500 N/mm2 bis 3.900 N/mm2, insbesondere im Bereich von 3.650 N/mm2 bis 3.850 N/mm2 aufweist.
12. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberflächenschicht (10) der Anteil an Kalium bis in eine Tiefe im Bereich von 0,5 |_im bis 10 |_im größer ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium und dass der Anteil an Kalium ab einer Tiefe im Bereich von 0,5 |_im bis 10 |_im kleiner ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium.
13. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abreicherung von Natrium und/oder Lithium in der mit Kalium angereicherten Oberflächenschicht bis in eine Tiefe von mindestens einem Viertel der Dicke der Oberflächenschicht mindestens 50 Massenprozent beträgt.
14. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasbehälter (7) wenigstens ein Abschnitt des Glasbehälters (7) rohrförmig ausgebildet ist.
15. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasbehälter (7) als Verpackungsglas, insbesondere als Joghurtglas oder als Marmeladenglas oder als Einmachglas, oder als Trinkglas, insbesondere Weinglas oder als Stielglas oder als Bierglas oder als Sektglas oder als Cocktailglas, oder als Flasche, insbesondere als Trinkflasche oder als Getränkeflasche oder als Sektflasche oder als Bierflasche oder als Weinflasche, ausgebildet ist.
16. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasbehälter (7) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
17. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasbehälter (7), insbesondere in einem Horizontalquerschnitt, eine eckige, insbesondere eine quadratische Form aufweist.
18. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas ist.
EP21762739.7A 2020-09-03 2021-09-02 Glasbehälter Pending EP4208420A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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