FI128064B - Menetelmä lasilevyjen karkaisemiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä lasilevyjen karkaisemiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä lasilevyjen lämpölujittamiseksi tai karkaisemiseksi, jossa lasilevy lämmitetään karkaisulämpötilaan ja suoritetaan varsinainen karkaisujäähdytys puhaltamalla jäähdytysilmaa halutulla siirtonopeudella liikkuvan lasilevyn molempiin pintoihin, jossa karkaisujäähdytyksen alussa esipuhalluksena lasilevyn etu- ja takapäädyn yläpintaan puhalletaan paineistettua ilmaa lasilevyn etu- ja takapäädyn alaspäin kohti alempia jäähdytysilmakoteloita suuntautuvien päätytaipumien vähentämiseksi.

Tämän lisäksi keksinnön kohteena on menetelmä pinnoitteella yläpinnastaan pinnoitettujen lasilevyjen lämpölujittamiseksi tai karkaisemiseksi, jossa lasilevy lämmitetään karkaisulämpötilaan ja suoritetaan varsinainen karkaisujäähdytys puhaltamalla jäähdytysilmaa siirtonopeudella liikkuvan lasilevyn molempiin pintoihin, jossa karkaisujäähdytyksen alussa esipuhalluksena lasilevyn etu- ja takareunan alapintaan puhalletaan paineistettua ilmaa lasilevyn etu- ja takareunan ylöspäin kohti ylempiä jäähdytysilmakoteloita suuntautuvien päätytaipumien vähentämiseksi.

Lasilevyjen karkaisu-uunit, joissa lasilevyt liikkuvat yhteen suuntaan tai edestakaisin pyörivien keraamisten telojen päällä, ja josta ne siirtyvät karkaisulämpötilassa telarataa pitkin uunin perässä olevaan karkaisujäähdytysyksikköön, jossa karkaisujäähdytys suoritetaan ilmasuihkuilla, ovat yleisesti tunnettuja ja käytettyjä. Telaradalla varustettua uunia nimitetään alalla esimerkiksi telauuniksi. Uunin tyypillinen lämpötila on 700 °C ja tyypillisesti jäähdytykseen käytettävän ilman lämpötila on noin sama kuin ilman lämpötila ulkona tai tehdassalissa. Jäähdytysilmaa syöttää puhallin tai kompressori. Ilmakannatustekniikkaan perustuvissa uuneissa ja karkaisujäähdytysyksiköissä lasilevy leijuu ohuen ilmapatjan kannattamana ja koskettaa kuljetinradan rullia tai muita kuljetuselimiä vain toiselta sivusärmältään. Ilmakannatustekniikkaan perustuvat lasilevyn karkaisukoneet ovat selvästi telaradallisia karkaisukoneita harvinaisempia. Ilmakannatustekniikkaan perustuvaa uunia nimitetään alalla esimerkiksi ilmakannatusuuniksi. Karkaisuprosessin tavoite on lasilevyn tuentatavasta riippumatta sama. Lasilevyn tuentapata ei poista myöhemmin selostettavaa päätytaipuma ongelmaa, joka keksinnöllä ratkaistaan.

Tyypillinen 4 mm paksuisen lasilevyn karkaisulämpötila, eli lämpötila jossa lasi siirtyy uunista karkaisujäähdytinyksikköön, on 640 °C. Lasin karkaisulämpötilaa voidaan hieman laskea lasin paksuuden kasvaessa. Karkaisulämpötilan nosto mahdollistaa yhä ohuemman lasin karkaisun ja vähentää karkaisujäähdytykseen vaadittavaa jäähdytystehoa. Toisaalta pelkkä karkaisulämpötilan nosto esimerkiksi 640°C:sta 670°C:seen tuo 4 mm paksuiseen lasiin selvästi suuremman lujitus- eli karkaisuasteen, eli lasin pinnan puristusjännitys nousee. Esimerkiksi ohuella 2 mm paksuisella lasilla karkaisulämpötila tulee nostaa ainakin 660°C:seen, jotta karkaisu onnistuu. Lasin paksuuden väheneminen ja karkaisulämpötilan nosto molemmat lisäävät päätytaipuma ongelmaa, joka keksinnöllä ratkaistaan.

Karkaisu prosessi in tuleva lasi on suoruudeltaan ja optisilta ominaisuuksiltaan erinomainen. Siinä lasin pinnan puristusjännitys on tyypillisesti 1-4 MPa. Karkaisuprosessissa lasilevyyn tavoitellaan riittävää lujuuden lisäystä sen suoruutta ja optisia ominaisuuksia mahdollisimman vähän huonontaen. Lujuuden lisäksi toinen karkaistun lasin tavoiteltu ominaisuus on sen turvallisuus rikkoutuessaan. Karkaisematon lasi rikkoutuu suuriksi viiltovaarallisiksi palasiksi. Karkaistu lasi rikkoutuu lähes vaarattomiksi murusiksi.

Lasin pintaan karkaisussa syntyvä puristusjännitys (lujitus- eli karkaisuaste) on riippuvainen lasin paksuussuuntaisesta lämpötilaprofiilista lasin jäähtyessä lasille ominaisen transitio—lämpötila vyöhykkeen (noin 600—>500 °C) läpi. Ohuempi lasi vaatii enemmän jäähdytystehoa, jotta siihen saadaan sama em. lämpötilaero. Esimerkiksi 4 mm paksuiseen lasilevyyn tavoitellaan karkaisussa noin 100 MPa pintapuristusta, jolloin lasipaksuuden keskellä on noin 46 MPa vetojännitys. Tällainen lasilevy rikkoutuu sellaisiksi murusiksi, jotka täyttävät turvalasi standardien vaatimukset. Ns. FRG-laseihin (fire resistant glass) karkaisussa tavoitellaan selvästi suurempaa pinnan puristusjännitystä. Ns. lämpölujitettuun lasiin ei tavoitella turvallista rikkoutumistapaa, eikä niin suurta lujuutta (noin 50 MPa:n pintapuristus riittää) kuin karkaistuun lasiin. Lämpölujitus onnistuu, kun ilmasuihkujen jäähdytystehoa karkaisujäähdytysyksikössä vähennetään selvästi suhteessa karkaisuun. Muutoin prosessina lämpölujitus ja karkaisu ovat samanlaisia. Kyseessä oleva keksintö ratkaisee samaa ongelmaa molemmissa. Edellä mainitut karkaisulämpötilat sopivat esimerkkeinä myös lämpölujitukseen, eli karkaisulämpötila tarkoittaa yhtä lailla myös lämpölujituslämpötilaa. Päätytaipuma ongelma ei juurikaan ole riippuvainen siitä tavoitellaanko lasiin 50, 100 MPa vai sitäkin suurempaa pinnan puristusjännitystä, jos karkaisulämpötila pysyy samana. Käytännössä etenkin ohuita alle 2,5mm paksuisia laseja karkaistaessa karkaisulämpötilaa nostetaan karkaisuaste tavoitteen noustessa.

Yleisesti päätytäipumaksi kutsutaan lasin päätyjen ylös- tai alaspäin taipunutta muotoa.

Alaspäin suuntautuneen päätytaipuman muodostuminen alkaa lasin päädyn alkaessa virua alaspäin lämmityksen aikana. Pääty viruu koska lasi lämmitetään uunissa yli 500°C lämpötilaan, jolloin lasin mekaaniset aineominaisuudet alkavat suhteellisen jyrkästi muuttua. Lasi alkaa samalla muuttuu elastisesta plastiseksi. Lasin muodonmuutokset palautuvat plastisuuden noustessa yhä heikommin. Lasin päädyn taipumista ja virumista ei tapahtuisi, jos lasi olisi uunissa tasaisesti tuettu. Telauunissa lasin tuentapisteitä (linjoja) on kuitenkin vain telajaon (tyypillisesti 100-150 mm) välimatkoin. Ilmakannatusuunissa ylipaineinen (suhteessa paineeseen uunin ilmatilassa) ilmapatja tukee lasin reunoja muuta lasialaa heikommin, koska ilmapatjassa lasia kannatteleva staattinen ylipaine on lasin reunoilla pienempi. Näin on, koska lasin reunojen alta ilmapatjan ilma pääsee poistumaan ilmakannatuspöydässä lasin alla olevien poistoaukkojen lisäksi myös lasin ja ilmakannatuspöydän tasopinnan välistä. Uunissa päädyiltään taipunut lasi ei itsestään suoristu karkaisujäähdytyksessä, joka jähmettää lasin muutamassa sekunnissa lopulliseen elastiseen muotoonsa. Alaspäin suuntautunut (kohti alempia esijäähdytysilmakoteloita) päätytaipuma alkaa tyypillisesti noin 70-200 mm päästä lasin päädyistä, mm. lasin paksuudesta ja karkaisukoneen tyypistä riippuen.

Ylöspäin suuntautuvaa (kohti ylempiä esijäähdytysilmakoteloita) päätytaipuma esiintyy tietyn tyyppisillä pinnoitteilla (esim, pyrolyyttinen matala emissiviteetti pinnoite) yläpinnaltaan pinnoitetuissa karkaistuissa (tai lämpölujitetuissa) laseissa. Sen muodostuminen liittynee lasin ja pinnoitteen väliseen lämpölaajenemiseroon, eli uunissa ja/tai karkaisujäähdytyksessä pinnoite pyrkii laajentumaan tai kutistumaan eri mittaan kuin lasi, jonka seurauksena karkaistuun lasin päädyt kääntyvät ylöspäin tyypillisesti noin 30-70 mm matkalta. Tällaisessa lasissa päätytaipuma voi alkaa ensin alaspäin ja kääntyä sitten ylöspäin em. etäisyyden päässä päädystä. Lisäksi tällaisessa lasissa etuja takapäätyjen lisäksi myös lasin sivut ovat usein ylöspäin taipuneita noin 20-50 mm päästä sivureunasta alkaen.

Kuvio 1 kuvaa standardin EN 12150-1 mukaista tapaa mitata lasin päätytaipuma. Siinä lasin yläpinta on vastakkainen pinta päätytaipuman suunnan suhteen. Lasi on asetettu mittaustasolle niin, että sen pääty ylittää tason 50 mm verran. Lasin päädyn päälle asetetaan suora 300-400 mm pituinen viivain, siten että viivaimen toisessa päässä oleva mittakello on aivan lasin mitattavassa päädyssä. Mittakellon lukema on lasin päätytaipuma. Em. standardin mukaan esim. 4 mm paksuiselle lasille sallittu päätytaipuma on 0,4 mm. Käytännössä karkaistun lasin tuottajien vaatimukset päätytaipumalle ovat jonkin verran standardia kireämpiä. Lasin yhä paremmat laatuarvot ovat karkaisukone valmistajalle, ja edelleen karkaistun lasin tuottajalle, kilpailuetu.

Edellä kuvattu päätytaipuma on alalla yleisesti tunnettu karkaistun lasin laatuongelma. Päätytaipuma on käytännössä ongelmallista mm. koska se vääristää lasista heijastuneen näkymän. Vääristymä esim, rakennuksen ikkunan heijastumassa on esteettinen haitta. Lisäksi päätytaipuman vuoksi lasin laminoiminen (kaksi lasia liitetään toisiinsa niiden välissä olevan laminointikalvon avulla) on vaikeampaa, eli se vaatii erityistoimenpiteitä ja/tai paksumman (kalliimman) laminointikalvon. On käytännössä havaittu, että keksinnön mukaisella menetelmällä päätytaipuman arvoja voidaan pienentää.

Julkaisusta GB 1 071 555 tunnetaan menetelmä ja laite taivutetun karkaistun lasilevyn valmistamiseksi käyttämällä taivutuksessa hyväksi lasilevyn eri alueille ja vastakkaisille pinnoille tarkoituksella synnytettyjä erilaisia jännityksiä. Esijäähdytysosastossa jäähdytetään vain lasilevyn sivureunakaistojen yläpintoja aikaansaamaan näiden alueiden väliaikainen ylöspäin kaareutuminen, jonka kerrotaan suoristuvan koko lasin siirtyessä molemmin puoliseen jäähdytykseen. Sivureunakaistoja jäähdytetään esijäähdytysosastossa koko lasin pituudelta, ja keskikaistoja ei lainkaan. Julkaisussa kuvatulla laitteella ei ole mahdollista kohdistaa esijäähdytystä lasilevyn keskikaistalle, eikä kohdistaa sitä vain lasin etu- ja takapäätyihin. Julkaisussa ei siis pyritä ratkaisemaan tasomaisen lasilevyn päätytaipuma ongelmaa, johon tämän patenttihakemuksen keksintö antaa ratkaisun.

Julkaisussa FI 20155730A lasilevyn sivureunakaistojen karkaisu jäähdytys alkaa hetken aikaisemmin kuin keskikaistojen. Sivureunakaistoja jäähdytetään karkaisujäähdytyksen alussa koko lasin pituudelta, ja keskikaistoja ei lainkaan. Julkaisussa ei siis ratkaista tasomaisen lasilevyn päätytaipuma ongelmaa.

Julkaisussa US 4 261 723 vain lasilevyn etupäädyn yläpintaa esijäähdytetään uunin jälkeen ennen karkaisujäähdytysyksikköä lasilevyn etupäätytaipuman vähentämiseksi. Tämän esijäähdytyspuhalluksen virtaama on lasin sivureunakaistoilla heikompaa kuin lasin keskikaistalla, koska esijäähdytysilmakotelon puhallusaukot ovat lasin keskikaistan kohdalla suurempia ja puhalluspaine on sama. Lasilevyn leveyden muuttuessa esijäähdytysilmakotelo täytyisi vaihtaa, jotta lasilevyn sivureuna- ja keskikaistan leveydet pysyisivät lasilevyn leveyteen suhteutettuna samoina, tai jos puhallus johonkin lasilevyn kaistaan haluttaisiin kokonaan poistaa. Esipuhalluksen kestoja esipuhallusmatkan pituus ovat koko lasin leveydellä samoja. Lasin takapäätyä ei esijäähdytetä, eikä lasia ole mahdollista esijäähdyttää alapinnastaan.

Vastaavanlainen ratkaisu etupäätaipuman vähentämiseksi on esitetty julkaisussa US 3923488 A.

Käytännössä em. alaspäin suuntautuvaa päätytaipuma ongelmaa on pyritty vähentämään myös mm. pyrkimällä käyttämään mahdollisimman alhaisia karkaisulämpötiloja ja mahdollisimman tiheää telajakoa telauunissa ja karkaisujäähdytysyksikössä.

Viitteessä US 6 410 887 edellä kuvattua ylöspäin suuntautuvaa päätytaipumaa pinnoitetussa karkaistussa lasissa on pyritty vähentämään käyttämällä uunissa lämmityksen alussa voimakkaampaa ylä- kuin alakonvektiota ja lämmityksen lopussa päinvastoin.

Keksinnön tavoitteena on menetelmä, jolla voidaan tehdä ohuista (paksuus alle 6 mm, erityisesti alle 4 mm) isoista (yli 0,5 m², tyypillisesti yli 1 m²) lämpölujitetuista, karkaistusta ja superkarkaistuista lasilevyistä etu- ja takapäädyiltään suorempia. Keksinnön tavoitteena on siis parantaa lasin laatua pienentämällä sen (esim, standardin EN12150-1 mukaisesti mitattua) päätytaipumaa.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisilla menetelmillä oheisissa patenttivaatimuksissa 1 ja 14 esitettyjen tunnusmerkkien perusteella.

Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia suoritusmuotoja. Vaatimuksissa karkaisulla tarkoitetaan yleisesti lasin merkittävää lämpökäsittelyyn perustuvaa lujittamista.

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää lasin päätytaipuman mittaustapaa EN12150-1 standardissa

Kuvio 2 esittää menetelmässä tarvittavan laitteen osastoja kaavioilisesti sivusta päin nähtynä,

Kuvio 3 esittää kaaviollisesti menetelmässä tarvittavan laitteen esijäähdytysilmakoteloita puhallusaukkoineen lasipinnan normaalin suunnasta katsottuna,

Kuvio 4 esittää esijäähdytysvyöhykkeiden esipuhalluksien ohjaukseen tarvittavia laitteita kaaviollisesti

Kuvio 5 esittää lasin etu- ja takapäädyistä mitattuja päätytaipumia ja esipuhalluksen vaikutusalueita lasissa mitattujen päätytä ipu m ien suoristamiseksi

Kuviot 6 esittävät esimerkkejä menetelmälle mahdollisista esipuhalluksen aikaansaamista vaikutusalueista lasissa sen päätytä ipu m ien suoristamiseksi.

Laitteeseen kuuluu uuni 1 ja karkaisujäähdytysyksikkö 2, jotka ovat lasilevyn kulkusuunnassa peräkkäin mainitussa järjestyksessä kuvion 2 mukaisesti. Uuni 1 on varustettu tyypillisesti vaakatasossa olevilla teloilla 5 tai ilmakannatuspöydällä kuljetinelimineen. Nämä muodostavat lasilevyn kuljet! n radan. Lämmitettävää lasilevyä G kuljetetaan uunissa jatkuvatoimisesti vakionopeudella samaan suuntaan tai edestakaisin lämmitysajan verran. Karkaisulämpötilaan lämminnyt lasilevy siirtyy uunista 1 karkaisujäähdytysyksikköön 2 siirtonopeudella W, joka on tyypillisesti suurempi kuin lasin liikenopeus uunissa

1. Tyypillisesti siirtonopeus W on 300 - 800 mm/s ja se pysyy vakiona ainakin niin kauan, kun lasi on jäähtynyt em. transitio—lämpötila vyöhykkeen alle. Esimerkiksi 3 mm paksuisen lasin joka kohdan tulee viipyä karkaisujäähdytyksessä vähintään noin 3 sekunnin ajan. Esimerkiksi siirtonopeudella 600 mm/s tämä vaatisi vähintään noin 1800 mm pitkän karkaisujäähdytysyksikön

2.

Karkaisujäähdytysyksikkö 2 on varustettu tyypillisesti vaakatasossa olevilla teloilla 5 ja jäähdytysilmakoteloilla 3 telojen ylä-ja alapuolella, kuten kuviossa 2. Uunin 1 ollessa ilmakannatusuuni, telat 5 tai ilmakannatuspöytä kuljetinelimineen ovat karkaisujäähdytinyksikössä 2 tyypillisesti lasin G liikesuunnalle poikittaisen vaakasuunnan suhteen lievästi vinossa. Jää hdytysil ma kotelot 3 on varustettu puhallusaukoilla 4, joista jäähdytysilma purkautuu suihkuina lasia G kohti. Puhallusaukot 4 ovat tyypillisesti pyöreitä reikiä ja ne on tyypillisesti asetettu peräkkäin riveihin, kuten kuviossa 3. Puhallusaukot 4 voivat olla myös muun muotoisia, esimerkiksi rakomaisia.

Karkaisujäähdytysyksikön 2 alussa heti uunin 1 jälkeen on esijäähdytysyksikkö 8, jossa paineistettua ilmaa puhalletaan kohti lasilevyn ylä- ja/tai alapintaa. Ilman paineistava laite 13 (kuviossa 4) on esim, puhallin tai paineilmakompressori. Edullisessa ratkaisussa esijäähdytykseen käytetty ilma paineistetaan paineilmakompressorilla. Esijäähdytysyksikkö 8 koostuu karkaisulinjan leveyssuunnassa (= lasin liikkeelle poikittainen vaakasuunta) esipuhallusvyöhykkeisiin 6.1-6.Ϊ jaetuista esijäähdytysilmakoteloista 6 lasilevyn molemmin puolin. Esijäähdytysilmakoteloissa 6 on tyypillisesti pyöreitä puhallusaukkoja, ja puhallusaukotus eri vyöhykkeissä on edullisesti samanlaista (sama sijoittelu ja halkaisija). Tyypillinen yhden esipuhallusvyöhykkeen leveys on 20 - 250 mm, ja edullinen leveys on 30 - 130 mm. Esijäähdytysyksikön 8 puhallusalueen pituus lasilevyn liikesuunnassa on edullisimmin yhden suutinaukon halkaisijan mittainen, eli se koostuu yhdestä lasin liikkeelle poikkisuuntaisesta suutinaukkorivistä. Jos lasilevyn pituus on ainakin 800 mm, niin esipuhallusmatka lasilevyn keskikaistaan on enemmän kuin lOmm ja vähemmän kuin 200 mm. Edullisesti esijäähdytysyksikkö 8 muodostuu 1-3 peräkkäisestä suutinaukkorivistä, ja tyypillisesti 1-6 suutinaukkorivistä tai suutinaukkoalueesta, jonka pituus lasin liikesuunnassa on yhden suutinaukon halkaisijan ja 100 mm välillä. Edullisesti em. pituus on alle 50 mm. Suutinaukkojen välinen etäisyys yhdessä suutinaukkorivissä on tyypillisesti alle 20 mm ja edullisesti alle 10 mm. Puhallusaukon ja lasin pinnan välinen etäisyys (puhallusetäisyys) esijäähdytysyksikössä on tyypillisesti 5 - 60 mm, ja edullisesti 10 - 40 mm. Esijäähdytysilmakotelon suutinaukoista purkautuvat ilmasuihkut osuvat lasiin edullisesti lasin pinnan normaalin suunnassa, tai siitä alle 10 astetta vinossa kulmassa. Puhallusaukon halkaisija esijäähdytysilmakoteloissa 6 on tyypillisesti 0,5 - 3 mm, ja edullisesti 0,8 -1,6 mm. Puhalluspaine esijäähdytysyksikössä on tyypillisesti 0,5 - 10 bar, ja edullisesti 2 - 5 bar. Painetta voidaan säätää esim, lasin paksuuden muuttuessa. Edullisessa ratkaisussa puhalluspaine on kaikissa esijäähdyttimen esipuhallusvyöhykkeissä sama, ja eri esipuhallusvyöhykkeiden puhallusaikaa säädetään esivyöhykekohtaisilla venttiileillä 7. Edullisessa ratkaisussa venttiilit 7 ovat kaksiasentoisia, eli auki/kiinni tyyppiä. Ylä- ja alapuolisissa esipuhallusvyöhykkeissä on omat venttiilinsä 7. Puhalluspainetta säädetään ilmakanavissa ennen ilman vyöhykkeisiin jakavaa haaroitusta olevalla paineensäätöventtiilillä 14.

Kuvio 3 kuvaa lasilevyä siirtymässä keksinnön mukaiseen esijäähdytinyksikköön 8. Laseja voi olla myös useampia vierekkäin, ne voivat olla eri kokoisia, ja niiden etureunat voivat saapua esijäähdytysyksikköön eri aikaan. Puhallus esijäähdytysyksikköön 8 saapuvaan lasiin alkaa hieman ennen kuin lasin etureuna saapuu sinne. Puhallusaika lasin leveyden sisällä olevissa esijäähdytysyksikön 8 esipuhallusvyöhykkeissä 6.1-6.1 on riippuvainen arvioiduista paikallisista päätytaipumista lasilevyssä ilman esipuhallusta ja/tai edellisistä oleellisesti samanlaisista lasilevyistä mitatuista päätytaipumista. Se siis vaihtelee esipuhallusvyöhykkeiden 6.1-6.1 kesken. Jos arvioitu päätytaipuma lasilevyn kaistassa esipuhallusvyöhykkeen vaikutusalueella on suurempi, niin puhallusaika on suurempi. Tyypillisesti etenkin ilmakannatusuunilla lämmitettyyn lasilevyyn puhallusaika lasilevyn keskikaistaan puhaltavassa esipuhallusvyöhykkeessä on lyhyempi kuin lasilevyn sivureunaan puhaltavassa esipuhallusvyöhykkeessä, koska on yleistä, että päätytaipumat ovat suurempia lasin kulmissa. On myös tyypillistä, että päätytaipumat ovat suurempia lasilevyn etu- kuin takapäädyssä. Tyypillisesti puhallusaika on siis lasin etupäätyihin puhallettaessa suurempi kuin takapäätyihin puhallettaessa.

Kuvio 4 kuvaa esijäähdytysyksikön 8 ohjaukseen liittyviä laitteita kaaviollisesti. Menetelmällä on välttämätöntä, että tieto lasilevyjen etureunojen sijainnista saadaan ohjauslaitteeseen 10, jotta se avaa venttiilit 7 esipuhallusvyöhykkeistä 6.1-6.Ϊ oikeaan aikaan. Venttiilit 7 suljetaan esipuhallusmatkan täyttymiseen tarvittavan puhallusajan jälkeen. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa lasilevyyn osuvan esipuhalluksen kestoa säädetään paikallisesti lasin liikkeelle poikittaisessa suunnassa vähintään viidellä esipuhallusvyöhykkeellä 6,1 - 6.i. Ohjauslaite 10 tarvitsee myös tiedon lasilevyjen takareunojen sijainnista, jotta esipuhallus lasin takapäätyyn kohdistuu oikein. Tarvitaan myös tieto jonka perusteella ne lasilevyn liikkeensuuntaiset kaistat, joissa ennalta arvioitu tai edellisistä oleellisesti samanlaisista lasilevyistä mitattu paikallinen päätytaipuma sijaitsee, saadaan lasin liikkeelle poikittaisessa suunnassa paikoiteltua oikein esipuhallusvyöhykkeiden 6.1-6.Ϊ suhteen. Laitteet tällaiseen lasin paikoittamiseen, eli lasilevyjen koko- ja sijaintitiedon automaattiseen määrittämiseen ja syöttämiseen ohjauslaitteeseen 10, karkaisussa, ovat jo yleisesti tunnettuja. Tosin, erilaisten laiteratkaisujen tarkkuuksissa on merkittäviä eroja. Kuviossa 4 nuoli 9 kuvaa lasin paikoittamisen tarvittavaa tietoa, jota automaattinen lasin paikoituslaitteisto tuottaa. Lasilevyjen mittoihin liittyvät tiedot voidaan myös syöttää käsin näppäimistöllä 11 ohjauslaitteelle 10. Tällainen manuaalinen ratkaisu tulee kysymykseen lähinnä vain tuotannossa, jossa karkaistaan jatkuvasti (pitkinä sarjoina) samanlaisia lasilevyjä ja yhtä lasilevyä kerrallaan.

Lasilevyn arvioitujen päätytä ipu m ien suoristamiseksi sopivat puhalluspituudet ja puhalluspaine syötetään käsin näppäimistöllä 11 ohjauslaitteelle 10. Niiden syöttämistä nopeuttaa, jos ohjauslaitteessa 10 on valmiina laaja valikko erilaisia reseptejä päätypuhalluksille. Ohjauslaite 10 voi myös valita lasin kokoon, tyyppiin ja paksuuteen sopivimman reseptin valikoista itse, tai muodostaa sen sille annettujen yhtälöiden ja lasin mittatietojen perusteella. Menetelmälle on edullista, että karkaistujen lasilevyn päätyjen taipumia mitataan esim, heti karkaisujäähdytysyksikön 2 tai sen jälkeisen loppujäähdytysyksikön jälkeen sijoitetulla päätytaipuman automaattisella mittauslaitteella 12, joka syöttää tiedon ohjauslaitteeseen 10. Ohjauslaite 10 säätää venttiilejä 7 ja paineensäätöventtiiliä 14 tähän mittaustietoon perustuen. Täten esipuhallusvyöhykkeiden vyöhykekohtaiset puhallusajat säätyvät automaattisesti edellisen samanlaisen lasin päätytaipumien mittaustietoon perustuen. Karkaistujen lasilevyn päätyjen muotoa mitataan siis automaattisella mittauslaitteella 12 ajantasaisesti (on-line), ja esipuhallusvyöhykkeiden vyöhykekohtaiset puhallusajat säätyvät automaattisesti tähän mittaustietoon perustuen. Mittauslaitteen 12 toiminta perustuu esim, lasista heijastuvan lasersäteen suunnan muutokseen tai valokuvion vääristymään päätytaipuman vuoksi. Mittauslaitteen 12 kaltaiset laitteet lasilevyn päätytaipuman nopeaan mittaamiseen ovat olemassa, mutta lasin päätytaipuman automaattiseen ajantasaiseen säätöön niitä ei vielä käytetä. Esipuhallukseen tarvittavan ilman ohjaaminen lasin molemmille puolille onnistuu esimerkiksi kahdella erillisellä ilman paineistavasta laitteesta 13 lähtevällä ilman syöttöputkistolla. Ilman syöttö voidaan haaroittaa lasin eri puolille myös paineensäätöventtiilin 14 jälkeen esimerkiksi lisäventtiilin avulla, joka ohjaa ilmaa vain halutulle lasin puolelle.

Kuviossa 5 on esimerkki mitatuista lasin paikallisista päätytaipumista (numerot lasilevyn päädyissä, yksikkö on mm) ja suhteellisista puhalluspituuksista lasiin mitattujen paikallisten päätytaipumien vähentämiseksi. Kuvan päätytaipumien suunta on alaspäin, eli kohti alempia esijäähdytysilmakoteloita. Lasin etureunan sijainnin ja nopeuden tunnistava ohjausjärjestelmä aloittaa ja lopettaa esipuhalluksen lasin etupäädyn vyöhykkeeseen siten, että se puhaltaa lasin yläpintaan ajan tn = Sh / W, joka alkaa kulua lasin etureunan saapuessa esijäähdytysyksikön suihkujen alle. Edellä W on lasin siirtonopeus, ja Sh on ohjausjärjestelmälle annettu esipuhallusmatka, joka on määritetty kokemusperäiseen tietoon ja/tai ohjausjärjestelmän edellisestä lasista mittaamaan tietoon perustuen. Myös lasin takapäädyn päätytaipumien vähentäminen esipuhalluksella on mahdollista, jos ohjausjärjestelmä tunnistaa lasin takareunan sijainnin esimerkiksi etureunan sijainnin ja lasin pituuden perusteella (tarvitaan siis lasin pituuden mittaava laite, tai muutoin määritetty lasin pituustieto ohjausjärjestelmälle). Tällöin esijäähdytysyksikön esipuhallusvyöhyke puhaltaa lasiin ajan tR, = Sr, / W, joka alkaa kulua lasin takareunan lähestyessä etäisyyden Sr, päässä esijäähdytysyksikön puhallusalueen alusta. Lasilastauksen liikkeen poikkisuunnassa lasittomalla leveydellä sijaitsevat esijäähdytysyksikön esipuhallusvyöhykkeet eivät puhalla lainkaan. Esipuhallusmatka esipuhallusvyöhykkeellä lasin päätyyn on edullisesti pisimmillään (lasin kohtaan, jossa on suurin päätytaipuma) päätyvekin ennalta arvioitu vyöhykekohtainen pituus, eli 30 - 200 mm. Tyypillisesti esipuhallusmatka esipuhallusvyöhykkeellä lasin päätyyn on 0 - 300mm. Täten em. tyypillisellä siirtonopeudella (300 - 800 mm/s) puhallusaika lasin päätyyn on 0 - 1 s. Puhallusajat, ja edelleen esipuhallusmatkat, ovat esipuhallusvyöhykekohtaisia ja ne vähenevät arvioitujen päätytaipumien pienentyessä.

Kuviossa 6 on esimerkkinä erilaisia puhalluskuvioita, joita lasilevyyn voidaan keksinnöllä muodostaa. Puhalluskuviossa a esipuhallus osuu vain lasin kulmaalueisiin, eli lasin keskikaistojen päätyjä ei esijäähdytetä lainkaan. Puhalluskuviossa b vain lasin etupäätyä, ja kuviossa c vain lasin takapäätyä esijäähdytetään. Puhalluskuviossa 6 esijäähdytyskuvio d kattaa päätyjen lisäksi myös lasin sivureunakaistat. Tällainen puhalluskuvio tulee kysymykseen em. pinnoitetun lasinlaadun tapauksessa. Kuvion 6 puhalluskuviot a-d voidaan muodostaa lasin ylä-ja/tai alapinnoille. Tyypillisesti esipuhallus esipuhallusvyöhykkeellä kohdistuu vastakkaiseen lasin pintaan oletetun päätytaipuman suunnan suhteen. Eli esimerkiksi yläpintaan, kun oletetun päätytaipuman suunta lasilevyssä on alaspäin, eli kohti alempia esijäähdytysilmakoteloita. Tyypillisesti esipuhallus puhallusvyöhykkeessä kohdistuu vain lasilevyn yhteen pintaan. Esipuhallus puhallusvyöhykkeessä voi kohdistua myös lasilevyn molempiin pintoihin, ja esipuhallus ensimmäiseen pintaan voi olla voimakkaampaa kuin toiseen (edellyttää esim, lasin puolikohtaisia paineensäätöventtiileitä). Esipuhallus voi osalla puhallusvyöhykkeistä kohdistua lasin yläpintaan- ja osalla lasin alapintaan esimerkiksi, jos arvioidut päätytaipumat lasin kohdissa ovat eri suuntaisia.

Seuraavaksi selostetaan vielä edellä mainitsemattomia keksinnön edullisia tai vaihtoehtoisia toteutustapoja, jotka koskevat soveltuvin osin kaikkia edellä selostettuja suoritusmuotoja.

Esipuhalluksen lasin päätyyn ei tarvitse olle jatkuvaa vaan se voidaan keskeyttää ja aloittaa uudelleen (pulssittaa). Edullisesti esipuhallus lasilevyn reunakaistaan alkaa uudestaan aikaisemmin, kuin lasilevyn keskikaistaan. Tyypillisesti esipuhallus keskikaistaan lopetetaan kokonaan esipuhallusmatkan täyttyessä, ja vähintäänkin sen voimakkuus tällöin oleellisesti heikkenee, jotta esipuhallusmatkan pituiseen alueeseen lasin päädyssä kohdistuu merkittävästi voimakkaampi jäähdytysvaikutus kuin alueen ulkopuolelle. Tyypillisesti esipuhallusmatka, on lasin takapäädyn reunakaistassa pidempi kuin lasin takapäädyn keskikaistalla. Täten lasin etupäädyn esipuhalluksen loputtua esipuhallus lasilevyn takapäädyn reunakaistaan alkaa uudestaan tyypillisesti aikaisemmin, kuin lasilevyn takapäädyn keskikaistaan.

Karkaisuun tarvittavat jäähdytystehot (yksikkö W/m²) vaihtelevat suuresti lasilevyn paksuudesta ja tavoitellusta karkaisuasteesta riippuen. Siitä syystä keksinnössä tarkastellaan suhteellisia jäähdytystehoja karkaisujäähdytysyksikön eri alueilla. Koska kyseessä eivät siis ole absoluuttiset vaan suhteelliset jäähdytystehot, voidaan yhtä hyvin puhua myös jäähdytysvaikutuksista lasilevyn eri alueilla. Näin ollen puhuttaessa jäähdytystehosta, tarkoitetaan samalla jäähdytystehokkuutta ja jäähdytysvaikutusta. Lämmönsiirtokerroin saadaan jakamalla jäähdytysteho lasin ja ilman välisellä lämpötilaerolla. Lasilevyn karkaisujännitysten muodostumisen kannalta on edullista, ettei lasilevyä lämmityksen jälkeen ennen varsinaista karkaisujäähdytystä esijäähdytetä merkittävästi sitä heikommalla jäähdytysvaikutuksella. Täten on edullista, että esipuhalluksen aikaansaama jäähdytysvaikutus esipuhallussuihkujen osumisalueella lasilevyn pinnalla on ainakin yhtä suuri kuin esipuhallusalueen jälkeen varsinaisen karkaisujäähdytyksessä. Puhallussuihkujen aikaansaama jäähdytysvaikutus tietyllä pystysuoralla puhallusetäisyydellä on suurimmillaan, kun puhallussuihkujen suunta on lasin pinnan normaalin suuntainen.

Tässä esityksessä karkaisujäähdytysyksikön tai lasilevyn pituussuunta on lasilevyn liikkeen suuntainen suunta. Esijäähdytysyksikön alku on se osa esijäähdytysyksikköä, johon lasilevy ensin saapuu. Lasilevyn tai esijäähdytysyksikön leveyssuunta on lasilevyn liikesuuntaan nähden poikittainen vaakasuunta. Edellä lasilevyn keskikaistalla tarkoitetaan lasilevyn liikkeen suuntaista keskiosaa ja reunakaistalla lasilevyn liikkeen suuntaista sivureunan osaa. Lasilevyn etupäädyllä tarkoitetaan rajatun pituista lasin liikesuuntaista aluetta lasin etureunasta alkaen. Lasilevyn takapäädyllä tarkoitetaan rajatun pituista lasin liikesuuntaista aluetta lasin takareunasta alkaen.

Edellä ja vaatimuksissa on käytetty mm. sanoja esipuhallus, esipuhallusvyöhyke ja esipuhallusmatka. Sanat ovat lyhennettyjä versioita sanoista esijäähdytyspuhallus, esijäähdytyspuhallusvyöhyke ja esijäähdytyspuhallusmatka. Myös lyhennetyillä sanoilla tarkoitetaan siis lasia jäähdyttävää puhallusta.

Vaatimuksessa 1 päätytaipumalla tarkoitetaan virumisen aikaansaamaa yleensä 70 - 200mm päästä lasin etu- tai takapäädystä alkavaa päätyjen taipumista alaspäin, jonka syntymistä on tarkemmin kuvattu selityksen sivulla 3 riveillä 8 - 25 ja jota EN12150-1 standardissa mitataan sivulla 4 riveillä 8 -17 kuvatulla tapaa.

Vaatimuksessa 14 päätytä i puma I la tarkoitetaan pinnoitteen (esim, pyrolyyttinen matala emissiviteetti pinnoite) ja lasin lämpölaajenemiseroista aiheutuvaa lasin etu- ja takapäätyjen ylöspäin taipumista noin 30 - 70mm matkalta, jota on käsitelty selityksen sivujen 3 lopussa ja 4 alussa.

Claims (15)

1. Patenttivaatimukset

   1. Menetelmä lasilevyjen lämpölujittamiseksi tai karkaisemiseksi, jossa lasilevy (G) lämmitetään karkaisulämpötilaan ja suoritetaan varsinainen karkaisujäähdytys puhaltamalla jäähdytysilmaa halutulla siirtonopeudella (W) liikkuvan lasilevyn molempiin pintoihin, jossa karkaisujäähdytyksen (2) alussa esipuhalluksena (6, 8) lasilevyn etu- ja takapäädyn yläpintaan puhalletaan paineistettua ilmaa lasilevyn etu- ja takapäädyn alaspäin kohti alempia jäähdytysilmakoteloita (3) suuntautuvien päätytä ipu m ien vähentämiseksi, tunnettu siitä, että lasilevyn etu- ja takapäätyyn osuvan esipuhalluksen kestoa (tn, tRi) säädetään paikallisesti lasilevyn liikkeelle poikittaisessa suunnassa vähintään kolmella esipuhallusvyöhykkeellä (6,1 - 6.1) siten, että lasilevyn etureunan päätytaipuman vähentämiseksi esipuhallusmatka lasilevyn etureunasta lukien kohti lasilevyn takareunaa, (Sh = WtFi), ja lasilevyn takareunan päätytaipuman vähentämiseksi esipuhallusmatka lasilevyn takareunasta lukien kohti lasilevyn etureunaa (Sri = WtRi) vaihtelee esipuhallusvyöhykkeiden (6,1 - 6.1) kesken ainakin lasin etupäädyssä, ja on riippuvainen arvioiduista paikallisista päätytaipumista lasilevyssä ilman esipuhallusta ja/tai edellisistä oleellisesti samanlaisista lasilevyistä mitatuista päätytaipumista, ja on ainakin osalla esipuhallusvyöhykkeitä, jotka ovat kokonaan lasin alueella, välillä 30-200mm.
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esipuhallus (6, 8) lasilevyn keskikaistaan puhaltavalla esipuhallusvyöhykkeellä kestää vähemmän aikaa kuin lasilevyn reunakaistaan puhaltavalla esipuhallusvyöhykkeellä.
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 ja 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasilevyn pituus on ainakin 800 mm, ja esipuhallusmatka lasilevyn keskikaistaan on enemmän kuin lOmm ja vähemmän kuin 200 mm.
4. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esipuhallus keskikaistaan lopetetaan kokonaan esipuhallusmatkan täyttyessä.
5. 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, esipuhallus lasilevyn takapäädyn reunakaistaan alkaa uudestaan aikaisemmin, kuin lasilevyn keskikaistaan.
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esipuhallus lasilevyn reunakaistaan kestää yli koko lasilevyn pituuden.
7. 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasilevyyn osuvan esipuhalluksen kestoa säädetään paikallisesti lasin liikkeelle poikittaisessa suunnassa vähintään viidellä esipuhallusvyöhykkeellä (6,1 - 6.1).
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhden esipuhallusvyöhykkeen (6,1 - 6.i) leveys on 30-130mm.
9. 9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esipuhalluksen aikaansaama jäähdytysvaikutus esipuhallussuihkujen osumisalueella lasilevyn pinnalla on ainakin yhtä suuri kuin esipuhallusalueen (8) jälkeen varsinaisen karkaisujäähdytyksessä (2).
10. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esipuhalluksessa (8, 6) puhalluspaine on 2-5 bar ja puhallusetäisyys puhallusaukosta (4) lasiin on 10-40 mm.
11. 11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että karkaistujen lasilevyn päätyjen muotoa mitataan automaattisella mittauslaitteella (12) ajantasaisesti (on-line), ja esipuhallusvyöhykkeiden vyöhykekohtaiset puhallusajat säätyvät automaattisesti tähän mittaustietoon perustuen.
12. 12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen, menetelmä, tunnettu siitä, että esipuhalluksen lopun ja karkaisujäähdytyspuhalluksen alun välissä on matkaa vähintään yksi telaväli.
13. 13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esipuhallus esipuhallusvyöhykkeessä (8) kohdistuu lasin yläpintaan, kun oletetun päätytaipuman suunta lasilevyssä on kohti alempia esijäähdytysilmakoteloita (6), ja siitä, että esipuhallus esipuhallusvyöhykkeessä (8) kohdistuu lasin alapintaan, kun oletetun päätytaipuman suunta lasilevyssä on kohti ylempiä esijäähdytysilmakoteloita (6).
14. 14. Menetelmä pinnoitteella yläpinnastaan pinnoitettujen lasilevyjen lämpölujittamiseksi tai karkaisemiseksi, jossa lasilevy (G) lämmitetään karkaisulämpötilaan ja suoritetaan varsinainen karkaisujäähdytys puhaltamalla jäähdytysilmaa siirtonopeudella W liikkuvan lasilevyn molempiin pintoihin, jossa karkaisujäähdytyksen (2) alussa esipuhalluksena (6, 8) lasilevyn etu- ja takareunan alapintaan puhalletaan paineistettua ilmaa lasilevyn etu- ja takareunan ylöspäin kohti ylempiä jäähdytysilmakoteloita (3) suuntautuvien päätytaipumien vähentämiseksi, tunnettu siitä, että lasilevyn etu- ja takareunaan osuvan esipuhalluksen kestoa (tn, tRi) säädetään paikallisesti lasilevyn liikkeelle poikittaisessa suunnassa vähintään kolmella esipuhallusvyöhykkeellä (6,1 6.i) siten, että esipuhallusmatka lasilevyn etureunan päätytaipuman vähentämiseksi lasilevyn etureunasta lukien kohti lasilevyn takareunaa, (Sh = Wtn), ja lasilevyn takareunan päätytaipuman vähentämiseksi esipuhallusmatka lasilevyn takareunasta lukien kohti lasilevyn etureunaa (Sr, = WtR,) vaihtelee esipuhallusvyöhykkeiden kesken ainakin lasin etupäädyssä, ja on riippuvainen arvioiduista paikallisista päätytaipumista lasilevyssä ilman esipuhallusta ja/tai edellisistä oleellisesti samanlaisista lasilevyistä mitatuista päätytaipumista, ja on ainakin osalla esipuhallusvyöhykkeitä (6,1 - 6.i), jotka ovat lasin alueella, välillä 30 - 70 mm.
15. 15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, jossa esipuhallus lasilevyn sivureunojen 20 - 50 mm leveään vyöhykkeeseen jatkuu yli koko lasin pituuden.