LU102041B1 - Glasgegenstand und Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes. Das Verfahren beinhaltet den Schritt des Herstellens eines Glaskörpers aus einem Glasmaterial sowie den weiteren Schritt des In-Kontakt-Bringens des Glaskörpers mit einer Primärtemperatur, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, mit einem flüssigen Abkühlmittel, das eine Abkühlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin unter der Primärtemperatur liegt.

Description

03.09.2020 084A0001LU 1 LU102041 Beschreibung Titel: Glasgegenstand und Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes.

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 setzten 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 nun nur noch wenig. Es entstehen innerhalb des Glaswerkstücks Spannungen, die im Ergebnis zu einer höheren Bruchfestigkeit führen.

Aus DD 1579 66 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfestigung von Glaserzeugnissen durch lonenaustausch bekannt. Die Glaserzeugnisse werden dabei durch Alkalionenaustausch zwischen der Glasoberfläche und Alkadlisalzschmelzen verfestigt. Zur Verfestigung werden Hohiglaserzeugnisse 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 Lochbieche geleitet, um für die in mehreren Lagen angeordneten Glaserzeugnisse eine Regenkaskade zu erzeugen.

03.09.2020 084A0001LU 2 LU102041 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 Hohlglaskôrpern 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 nebelfôrmige wässrige Alkalimetalisalziôsungen beigemischt werden.

Aus DE 11 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 (um) genügt. Das Glas wird auf eine Temperatur von 100°C vorgeheizt und dann in geschmolzenes Salz eingetaucht. | Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines kostengünstigen Glasgegenstandes, der besonders widerstandsféhig und robust ist, anzugeben.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: a. Herstellen eines Glaskörpers aus einem Glasmaterial, b. In-Kontakt-Bringen des Glaskörpers mit einer Primärtemperatur, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin Über dem

03.09.2020 084A0001LU 3 LU102041 Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, mit einem flüssigen AbkUhimittel, das eine AbkUhimitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter der Primärtemperatur liegt. Die Erfindung hat insbesondere den ganz besonderen Vorteil, dass sogar vergleichsweise kostengünstiges Glasmaterial, wie beispielsweise einfaches Gebrauchsglas, insbesondere Behälterglas, als Ausgangsmaterial verwendet werden kann, um im Ergebnis ganz besonders bruchfeste Glasgegenstände zu erhalten. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Glasgegenstände bruchfester sind, als Glasgegenstände aus demselben Glasmaterial, die auf herkömmliche Weise abgekühlt wurden.

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 Glasgegenstinde 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 der Glaskörper — anders als bei dem herkömmlichen Tempern - nicht schlagartig auf Raumtemperatur abgeschreckt wird. Es wurde weiter erkannt, dass die anfängliche Abkühlrate im Wesentlichen durch die Differenz zwischen der Primärtemperatur und der Abkühlmitteltemperatur sowie durch den

03.09.2020 084A0001LU 4 LU102041 materialspezifischen Wärmeübergangskoeffizient bestimmt ist. Insbesondere werden besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Bruchfestigkeit erzielt, wenn die Primdrtemperatur und die Abkühlmitteltemperatur derart gewählt werden, dass die anfängliche Abkühirate im Bereich vom 80 Kelvin bis 120 Kelvin pro Sekunde liegt, insbesondere im Bereich vom 90 Kelvin bis 110 Kelvin pro Sekunde liegt, oder 100° Kelvin pro Sekunde beträgt. Bei einer besonderen Ausführung ist die anfängliche Abkühlrate nicht geringer als 80 Kelvin pro Sekunde, insbesondere nicht geringer als 100 Kelvin pro Sekunde.

Wie weiter unten noch im Detail ausgeführt ist, kann das Glasmaterial vorteilhaft ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali-Erdalkali- Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas oder ein Alumosilikatglas sein. Insbesondere Alkali-Erdalkali-Silikatglas hat den besonderen Vorteil, dass es kostengünstig erhältlich ist, aber dennoch mit dem erfindungsgemdBen Verfahren zu besonders bruchfesten Glasgegenständen verarbeitet werden kann. Insbesondere bei der Verwendung von Alkali-Erdaikali-Silikatglas als Glasmaterial kann die Primärtemperatur vorteilhaft im Bereich vom 700 °Celsius bis 760 °Celsius, insbesondere im Bereich von 720°Celsius bis 740 °Celsius liegen. Entsprechend kann die AbkUhimitteltemperatur, insbesondere wenn es sich bei dem AbkUhimittel beispielsweise um ein geschmolzenes Salz, wie beispielsweise geschmolzenes Natriumsalz oder geschmolzenes Kaliumsalz handelt, im Bereich von 350 °Celsius bis 500 °Celsius, insbesondere im Bereich vom 390 °Celsius bis 450 °Celsius oder im Bereich von 420 °Celsius bis 440 °Celsius liegen, insbesondere um die oben genannte, vorteilhafte AbkUhlrate zu erzielen. Besonders gut reproduzierbare Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Primärtemperatur höchstens 30 °Celsius unter und höchstens 10 °Celsius Uber dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt oder dass die Primärtemperatur dem Littleton-Punkt entspricht.

03.09.2020 084A0001LU LU102041 Der Littleton-Punkt ist die Temperatur, bei der die Viskosität n 1066 Pa s (Pascal mal Sekunde) beträgt.

5 Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Glaskörpers aus einer Schmelze des Glasmaterials, insbesondere bei einer Temperatur von Uber 1.500° Celsius, hergestellt und in einem ersten Abkühlprozess außerhalb des Abkühlbades bis zum Erreichen der Primärtemperatur abgekühlt. Sobald Primärtemperatur erreicht ist, wird der Glaskörper mit dem Abkühlmittel in Kontakt gebracht, beispielsweise in ein Abkühlbad, das das Abkühlmittel beinhaltet, eingetaucht. Diese Vorgehensweise hat den ganz besonderen Vorteil, dass Energie eingespart werden kann, indem ein Teil der Prozesswärme, die der Glaskôrpers noch von seiner Herstellung aufweist, für den Härtungs- und/oder Verfestigungsprozess genutzt wird und somit kein separates Erwärmen des (zuvor zunächst unter die Primärtemperatur erkalteten) Glaskôrpers auf die Primärtemperatur, erfolgen muss (was jedoch, wie weiter unten ausführlich erläutert, durchaus alternativ auch möglich ist). Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere für eine kontinuierlichen Herstellungsprozess an, bei dem fortlaufend Glaskörper hergestellt und kontinuierlich nacheinander (nachdem jeweils die Primärtemperatur erreicht ist) mit dem AbkUhimittel in Kontakt gebracht wird, beispielsweise in ein Abkühlbad, das das Abkühlmittel beinhaltet, eingetaucht werden. Insbesondere können die kontinuierlich hergestellten —Glaskôrper eine Abkühlstrecke bis zu dem In-Kontakt-Bringen, insbesondere bis zu dem AbkUhlbad, durchlaufen, wobei die AbkUhlstrecke, die Umgebungstemperatur und die Durchlaufgeschwindigkeit derart gewählt sind, dass die Glaskôrper jeweils genau dann an dem Ort des In-Kontakt -Bringens, insbesondere dem AbkUhlbad, ankommen, wenn sie auf die Primartemperatur, die im Falle eines Eintauchens einer Eintauchtemperatur entspricht, abgekühlt sind. Insbesondere können die Glaskôrper kontinuierlich nacheinander durch

03.09.2020 084A0001LU 6 LU102041 das Abkühlbad bewegt und kontinuierlich nacheinander entnommen werden. Es ist alternativ auch möglich, dass der zunächst (unter die Primärtemperatur und insbesondere auf Raumtemperatur) erkaltete Glaskôrper vor dem In-Kontakt-Bringen auf die Primärtemperatur erhitzt wird. Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere vorteilhaft für einen diskontinuierlichen Herstellprozess an, bei dem die hergestellten und auf herkömmliche Weise auf Raumtemperatur abgekÜühlten Glaskôrper für die Weiterverarbeitung, insbesondere auf jeweils einer eigenen Transporthalterung, zu Chargen zusammengestellt werden. Das Erhitzen kann vorteilhaft dadurch geschehen, dass der Glaskörper (insbesondere zusammen mit weiteren Glaskörpern einer Charge) in einen Ofen überführt wird. Der Ofen kann vorteilhaft eine Ofentemperatur aufweisen, die dem Littleton-Punkt des Glasmaterials entspricht oder die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton- Punkt des Glasmaterials liegt. Insbesondere kann der Ofen vorteilhaft eine Ofentemperatur aufweisen, die in einem Bereich von 10 Kelvin bis 40 Kelvin über der Primärtemperatur liegt. Insbesondere bei der Verwendung von Alkali-Erdalkali-Silikatglas als Glasmaterial kann die Ofentemperatur vorteilhaft im Bereich von 650 °Celsius bis 770 °Celsius, insbesondere im Bereich von 740 °Celsius bis 760 °Celsius oder im Bereich von 680 °Celsius bis 730 °Celsius, liegen oder 750 °Celsius betragen.

Es ist wichtig darauf zu achten, dass der Glaskörper ausreichend lange im Ofen verbleibt, um (zumindest an seiner &uBersten Schicht) die Primärtemperatur zu erreichen. Allerdings darf der Glaskörper nicht zu lange in dem Ofen verbleiben, um ungewollte Verformungen des Glaskorpers zu vermeiden. Es hat sich gezeigt, dass bei Glaskörpern, die als Hohlkörper mit einer Wandung ausgebildet sind, die eine Wanddicke aufweist, besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn der Glaskörper

03.09.2020 084A0001LU 7 LU102041 für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 90 Sekunden, insbesondere von 45 Sekunden bis 70 Sekunden pro Millimeter Wanddicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 55 Sekunden pro Millimeter Wanddicke, in dem Ofen verbleibt. Bei einem Glaskërper, dessen Wandung an unterschiediichen Stellen unterschiedlich dick ist, ist vorzugsweise die Wanddicke an der dünnsten Stelle ausschlaggebend für die Aufheizzeit. Bei Glaskdrpern, die flach ausgebildet ist und eine Dicke aufweisen, werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn der Glaskôrper für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 90 Sekunden, insbesondere von 45 Sekunden bis 70 Sekunden, pro Millimeter Dicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 55 Sekunden pro Millimeter Dicke, in dem Ofen verbleibt. Bei einem Glaskérper, der an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich dick ist, ist vorzugsweise die Dicke an der dünnsten Stelle ausschlaggebend für die Aufheizzeit.

Insbesondere bei Glaskörpern, die eine Wanddicke bzw. eine Dicke von mehr als 2 Millimetern, insbesondere von mehr als 3 Millimetern, aufweisen und/oder Glaskôrpern, die in unterschiedlichen Bereichen sehr unterschiedliche Wanddicken bzw. Dicken aufweisen, kann das Erhitzen in ganz besonders vorteilhafter Weise in einem mehrstufigen, insbesondere zweistufigen, Prozess erfolgen. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Glaskörper zunächst langsam auf eine erste Temperatur aufgeheizt wird und anschließend schnell auf die Primärtemperatur aufgeheizt wird. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Glaskdrper zunächst mit einer ersten Aufheizrate auf eine erste Temperatur aufgeheizt wird und anschließend mit einer zweiten Aufheizrate, die über der ersten Aufheizrate liegt, auf die Primärtemperatur aufgeheizt wird. Diese Vorgehensweise hat den ganz besonderen Vorteil, dass ungewollte Verformungen des Glaskörpers wirkungsvoll vermieden werden, da alle Bereiche des Glaskôrpers die Primärtemperatur gleichzeitig oder wenigstens innerhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitfensters

03.09.2020 084A0001LU 8 LU102041 erreichen. Es wird so vermieden, dass die Bereiche des Glaskôrpers, die sich schneller aufheizen lassen sich bereits (ungewollt) verformen, während noch gewartet werden muss, bis andere Bereiche, die sich weniger schnell aufheizen lassen, die Primärtemperatur erreichen.

Außerdem hat diese Vorgehensweise den ganz besonderen Vorteil, dass insbesondere bei hohen Temperaturen auftretende Wechselwirkungen des Glaskörpers mit dem Halter, der den Giaskörper während der Ausführung des Verfahrens hält und/oder transportiert, vermieden oder wenigstens reduziert werden. Vorzugsweise liegt die erste Temperatur in einem Bereich von 50 Grad Kelvin unter bis 100 Kelvin über der Transformationstemperatur des Glasmaterials, insbesondere in einem Bereich von 0 Kelvin bis 50 Kelvin Uber der Transformationstemperatur des Glasmaterials. Die Transformationstemperatur ist die Temperatur, bei der das Glas während der Abkühlung aus dem plastischen Bereich in den starren Zustand übergeht; insbesondere die Temperatur, bei der die Viskosität n 1023 Pas (Pascal mal Sekunde) beträgt.

Um dies zu erreichen, kann beispielsweise die Ofentemperatur nach der ersten Aufheizphase erhöht werden. Es ist alternativ auch möglich, zwei Öfen mit unterschiedlichen Ofentemperaturen zu verwenden, wobei der Glaskörper nach der ersten Aufheizphase von dem ersten Ofen in den zweiten Ofen, der eine höhere Ofentemperatur aufweist, für die zweite Aufheizphase überführt wird. Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung wird ein Ofen verwendet, der Ofenbereiche unterschiedlicher Temperatur aufweist, so dass der Glaskôrper nach der ersten Aufheizphase in einem ersten Ofenbereich für die zweite Aufheizphase in einen zweiten Ofenbereich überführt werden kann. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Glaskôrper zuerst

03.09.2020 084A0001LU 9 LU102041 bei einer ersten Ofentemperatur und danach bei einer zweiten Ofentemperatur, die höher ist, als die erste Ofentemperatur, erhitzt wird.

Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Glaskörper für eine Aufheizzeit im Bereich von 60 Sekunden bis 120 Sekunden, insbesondere von 80 Sekunden bis 100 Sekunden, oder für eine Aufheizzeit von 90 Sekunden der zweiten Ofentemperatur ausgesetzt wird.

Auf diese Weise wird erreicht, dass der Glaskörper überall die Primärtemperatur erreicht, ohne dass es zu Verformungen des Glaskörpers kommt.

Bei Alkali-Erdalkali-Silikatglas kann die obere Ofentemperatur vorteilhaft im Bereich von 680 °Celsius bis 730 °Celsius liegen.

Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt das In-Kontakt- Bringen durch ein Eintauchen des Glasgegenstandes in ein Abkühlbad, das das Abkühlmittel beinhaltet.

Es ist alternativ beispielsweise auch möglich, dass das In-Kontakt-Bringen durch Besprühen oder durch Berieseln mit dem Abkühlmittel erfolgt.

Insbesondere kann bei einem diskontinuierlichen Herstellprozess vorteilhaft vorgesehen sein, dass mehrere hergestellte und auf herkömmliche Weise auf Raumtemperatur abgekühlte Glaskôrper einer Charge jeweils in einer eigenen Transporthalterung angeordnet und anschlieBend zusammen und gleichzeitig in der oben beschriebenen Weise gehärtet und/oder verfestigt werden.

Insbesondere kann jede Charge aufgeheizt, werden, Indem die Transporthalterung, die die Glaskôrper der Charge trägt, in den Ofen Überführt wird.

Anschließend kann die Transporthalterung samt den Glaskôrpern mit dem AbkUhimittel in Kontakt gebracht, insbesondere beispielsweise in ein Abkühlbad eingetaucht, werden.

Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne seit dem In-Kontakt-Bringen, insbesondere einem Eintauchen, die vorzugsweise länger als fünf Minuten, insbesondere länger als zehn Minuten, ist, wird der Glaskörper aus dem

03.09.2020 084A0001LU 10 LU102041 AbkUhlbad heraus genommen und in einer AbkUhlposition außerhalb des Abkühlbades weiter abgekühlt und gereinigt. Das Abkühlmittel kann beispielsweise ein Öl sein. Es ist auch möglich, dass es sich bei dem Abkühlmittel um ein geschmolzenes Metall, beispielsweise Zinn, Kalium oder Natrium, oder um ein Metallgemisch handelt. Insbesondere kann eine Mischung aus Natrium und Kalium verwendet werden. Natrium-Kalium-Mischungen mit einem Kaliumgehalt von 45 % bis 89 % sind bereits bei Raumtemperatur flüssig. Bei einer Konzentration von 22% Natrium und 78 % Kalium liegt der Siedepunkt bei 785 C und damit insbesondere über dem Littleton-Punkt von Alkali-Erdalkali-Silikatgläsern, insbesondere von Behälterglas. Als Abkühlmittel kann vorteilhaft insbesondere eine Salzschmelze verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass besonders kratzfeste Oberflächen des Glasgegenstandes erzielt werden, wenn als Abkühlmittel eine Kaliumsalzschmelze verwendet wird. Die Kaliumsalzschmelze kann insbesondere Kaliumnitrat und/oder Kaliumcarbonat und/oder Kalilauge und/oder Kaliumhydrogencarbonat und/oder Kaliumphosphat beinhalten. Es kann beispielsweise auch eine Salzschmelze verwendet werden, die (alternativ oder zusätzlich zu wenigstens einem Kaliumsalz) ein Natriumsalz beinhaltet. Die Salzschmelze kann insbesondere Natriumnitrat und/oder Natriumcarbonat und/oder Natronlauge und/oder Natriumhydrogencarbonat und/oder Natriumphosphat beinhalten.

Wie bereits erwähnt, kann das Glasmaterial vorteilhaft ein Alkali-Erdalkali- Silikatglas sein. Dieses Glasmaterial ist in großen Mengen einfach und vergleichsweise kostengünstig verfügbar. Dies hat den ganz besonderen Vorteil, dass Gebrauchsgegenstände des täglichen Bedarfs, wie beispielsweise Geschir oder Hohlgefäße zur Aufbewahrung von, insbesondere flüssigen, Lebensmitteln kostengünstig bei geringem Eigengewicht herstellbar sind.

03.09.2020 084A0001LU 11 LU102041 Wie bereits erwähnt, hat die Erfindung den besonderen Vorteil, dass Material eingespart werden kann, weil beispielsweise für einen Behälter bei gleicher Belastbarkeit nicht mehr eine Wanddicke von 3-5 mm erforderlich ist, sondern vielmehr eine Wanddicke von 1-3 mm ausreichend ist.

Darüber hinaus gibt es den weiteren Vorteil, dass ein erfindungsgemäß hergestellter Glasgegenstand auf Grund seiner besonderen Bruchfestigkeit {insbesondere bei akzeptablem Eigengewicht) in Bereichen eingesetzt werden kann, in denen derzeit die Verwendung von Glas (wegen der Bruchgefahr) derzeit nicht sinnvoll möglich oder nicht erlaubt ist.

Eine besondere Verwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäß hergestellten Glasgegenstände besteht insbesondere auf dem Gebiet der Verpackungen.

Insbesondere ist es möglich, derzeitige Kunststoffverpackungen in kostengünstiger Weise durch Glasverpackungen zu ersetzen.

Auch hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass das Glasmaterial vorteilhaft ein kostengünstig beschaffbares Alkali- Erdalkali-Silikatglas, insbesondere ein Behälterglas, sein kann.

Das Glasmaterial kann vorteilhaft einen Silizumadioxidanteil 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 und/oder Lithiumoxidanteil, im Bereich von 5 % (Massenprozent) bis 20 % {Massenprozent), insbesondere im Bereich von 12 % (Massenprozent) bis 13,5 % (Massenprozent) aufweist.

03.09.2020 084A0001LU 12 LU102041 Das Glasmaterial kann (alternativ oder zusätzlich) vorteilhaft einen Kaliumoxidanteil von höchstens 3 % {Massenprozent), insbesondere von hôchstens 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 von weniger als 15 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 5 % (Massenprozent), aufweist.

Wie bereits erwähnt, ist ein Glasgegenstand, der nach dem erfindungsgemäBen Verfahren hergestellt wurde, ganz besonders vorteilhaft. Dies insbesondere, weil er eine besondere Bruchfestigkeit aufweist und dennoch aus einem kostengünstigen Glasmaterial hergestellt werden kann. Der Glasgegenstand kann beispielsweise als ein Hohlkörper, insbesondere ein Trinkglas, eine Vase, ein Becher, eine Schüssel oder eine Flasche, ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der Glasgegenstand als Geschirrgegenstand, insbesondere als Teller oder Platte, ausgebildet ist. Der Glasgegenstand kann auch als Flachglas, beispielsweise für einen Flachbildschirm, ausgebildet sein.

Soweit nichts anderes angegeben ist, handelt es sich bei Prozentangaben um Massenprozent.

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 Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen

03.09.2020 084A0001LU 13 LU102041 Verfahrensablaufs, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs, und Fig. 3 bis & schematische Darstellungen eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs, bei dem in einem ersten Schritt ein Glaskörper 1 aus einem Glasmaterial in einer Herstellanlage 2 hergestellt wird. Dies kann beispielsweise durch Pressen, Blasen, Saugen oder eine Kombinationen dieser Techniken geschehen. Insbesondere kann die Herstellanlage 2 nach dem Blas-Blas- oder Press-Blas-Verfahren arbeiten. In dem Ausführungsbeispiel ist der Glaskörper als Trinkglas ausgebildet.

In einem ersten Abkühlprozess wird der Glaskörper ] außerhalb eines Abkühlbades 3 soweit abgekühlt, bis eine Primärtemperatur erreicht ist. Die Primärtemperatur liegt höchstens 50° Kelvin unter und höchstens 30° Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials.

Sobald die Primärtemperatur erreicht ist, wird der Glaskôrper 1 vollständig in das AbkUhlbad 3 eingetaucht. Das AbkUhlbad 3 beinhaltet ein flüssiges AbkUhImittel 4, das eine AbkUhlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin unter der Primärtemperatur liegt. Die Primärtemperatur und die AbkOhimitteltemperatur sind vorzugsweise derart gewählt, dass die anfängliche AbkUhlrate ca. 100 Kelvin pro Sekunde beträgt.

03.09.2020 084A0001LU 14 LU102041 Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne seit dem Eintauchen, die vorzugsweise länger als 5 Minuten, insbesondere länger als 10 Minuten, ist, wird der Glaskörper 1 aus dem Abkühlbad 3 heraus genommen und in einer Abkühlposition außerhalb des Abkühlbades 3 weiter abgekühlt und gereinigt.

Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mehrere Glaskörper 1 gleichzeitig in der oben beschriebenen Weise behandelt werden.

Insbesondere können eine Vielzahl von Glaskörpern 1 gleichzeitig in das Abkühlbad 3 eingetaucht und nach dem Abkühlvorgang gemeinsam oder nacheinander aus dem Abkühlbad 3 zur Weiterbearbeitung entnommen werden.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten AusfUhrungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs, bei dem in einem ersten Schritt ein Glaskörper 1 aus einem Glasmaterial in einer Herstellanlage 2 hergestellt wird. Dies kann beispielsweise durch Pressen, Blasen, Saugen oder eine Kombinationen dieser Techniken geschehen. Insbesondere kann die Herstellanlage 2 nach dem Blas-Blas- oder Press-Blas-Verfahren arbeiten.

In einem weiteren Schritt wird der Glaskörper 1 auf herkömmliche Weise zunächst auf Raumtemperatur abgekühlt. In diesem Zustand kann der Glaskörper 1 vorteilhaft einfach transportiert und/oder mit anderen Glaskdrpern 1 zu einer Charge für eine gemeinsame Weiterbearbeitung zusammengestellt werden.

Anschließend wird der Glaskörper 1 erhitzt, bis der Glaskörper 1 die Primärtemperatur erreicht hat. Hierzu wird der Glaskörper 1 in einen Ofen 5 Uberführt. Der Ofen 5 weist eine Ofentemperatur auf, die dem Littleton- Punkt des Glasmaterials entspricht oder die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt.

03.09.2020 084A0001LU 15 LU102041 Insbesondere kann der Ofen 5 vorteilhaft eine Ofentemperatur aufweisen, die in einem Bereich von 10 Kelvin bis 40 Kelvin Über der Primärtemperatur liegt. Glaskôrper 1, die als Hohlkôrper mit einer Wandung ausgebildet sind, die eine Wanddicke aufweist, verbleiben für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 45 Sekunden pro Millimeter Wanddicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 40 Sekunden pro Millimeter Wanddicke, in dem Ofen

5. Glaskôrper, die flach ausgebildet ist und eine Dicke aufweisen, verbleiben für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 45 Sekunden pro Millimeter Dicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 40 Sekunden pro Millimeter Dicke, in dem Ofen 5. Der Glaskôrper 1 wird nach der Entnahme aus dem Ofen 5 unverzüglich und vollständig in das Abkühlbad 3 eingetaucht. Das Abkühlbad 3 beinhaltet ein flüssiges Abkühlmittel 4, das eine AbkühImitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin unter der Primärtemperatur liegt. Die Primärtemperatur und die Abkühlmitteltemperatur sind vorzugsweise derart gewählt, dass anfängliche Abkühlrate 100 Kelvin pro Sekunde beträgt. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne seit dem Eintauchen, die vorzugsweise länger als 5 Minuten, insbesondere länger als 10 Minuten, ist, wird der Glaskörper 1 aus dem Abkühlbad 3 heraus genommen und in einer AbkUhlposition außerhalb des Abkühlbades 3 weiter abgekühlt und schließlich gereinigt. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mehrere Glaskôrper 1 gleichzeitig in der oben beschriebenen Weise behandelt werden. Insbesondere können eine Vielzahl von Glaskörpern 1 gleichzeitig in dem Ofen 5 aufgeheizt und anschließend gemeinsam in das Abkühlbad 3 eingetaucht und nach dem Abkühlvorgang gemeinsam aus dem

03.09.2020 084A0001LU 16 LU102041 Abkühlbad 3 zur Weiterbearbeitung entnommen werden.

Die Figuren 3 bis 6 zeigen schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäBen Verfahrensablaufs, bei dem in einem ersten Schritt ein Glaskërper 1 aus einem Glasmaterial in einer Herstellanlage 2 hergestellt wird. Dies kann beispielsweise durch Pressen, Blasen, Saugen oder eine Kombinationen dieser Techniken geschehen. Insbesondere kann die Herstellanlage 2 nach dem Blas-Blas- oder Press-Blas-Verfahren arbeiten. In einem weiteren Schritt wird der Glaskôrper 1 auf herkömmliche Weise zunächst auf Raumtemperatur abgekühlt (Figur 3). In diesem Zustand kann der Glaskôrper 1 vorteilhaft einfach transportiert und/oder mit anderen Glaskérpern 1 zu einer Charge für eine gemeinsame Weiterbearbeitung zusammengestellt werden.

Anschließend wird der Glaskôrper 1 in einem zweistufigen Prozess erhitzt, bis der Glaskôrper 1 die Primärtemperatur erreicht hat. Hierzu wird der Glaskôrper 1 in einen Ofen 5 überführt der einen ersten Ofenbereich 6 mit einer ersten Ofentemperatur und einen zweiten Ofenbereich mit einer zweiten Ofentemperatur, die hôher ist, als die erste Ofentemperatur.

Der Glaskôrper (1) wird zunächst in den ersten Ofenbereich 6 überführt (Figur 4) und dort auf eine erste Temperatur erhitzt. Vorzugsweise liegt die erste Temperatur in einem Bereich von 50 Kelvin unter bis 100 Kelvin über der Transformationstemperatur des Glasmaterials, insbesondere in einem Bereich von 0 Kelvin bis 50 Kelvin über der Transformationstemperatur des Glasmaterials.

Der Glaskärper (1) wird danach in den zweiten Ofenbereich 7 überführt (Figur 5) und dort auf die Primärtemperatur erhitzt, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt.

03.09.2020 084A0001LU 17 LU102041 Der Glaskôrper 1 wird dann aus dem Ofen 5 entnommen und unverzüglich und vollständig in das Abkühlbad 3 eingetaucht (Figur 6). Das Abkühlbad 3 beinhaltet ein flüssiges Abkühlmittel 4, das eine AbkUhimitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und hôchstens 550 Kelvin unter der Primärtemperatur liegt. Die Primärtemperatur und die Abkühimitieltemperatur sind vorzugsweise derart gewählt, dass anfängliche Abkühlrate 100 Kelvin pro Sekunde beträgt.

Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne seit dem Eintauchen, die vorzugsweise länger als 5 Minuten, insbesondere länger als 10 Minuten, ist, wird der Glaskörper 1 aus dem Abkühlbad 3 heraus genommen und in einer Abkühlposition außerhalb des Abkühlbades 3 weiter abgekühlt und schließlich gereinigt.

Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mehrere Glaskörper 1 gleichzeitig in der oben beschriebenen Weise behandelt werden. Insbesondere können eine Vielzahl von Glaskörpern 1 gleichzeitig in dem Ofen 5 aufgeheizt und anschließend gemeinsam in das Abkühlbad 3 eingetaucht und nach dem Abkühlvorgang gemeinsam aus dem Abkühlbad 3 zur Weiterbearbeitung entnommen werden.

03.09.2020 084A0001LU 18 LU102041 Bezugszeichenliste: 1 Glaskôrper 2 Herstellanlage 3 Abkühlbad 4 flüssiges Abkühlmittel 5 Ofen 6 Erster Ofenbereich 7 Zweiter Ofenbereich

Claims (26)

03.09.2020 084A0001LU 19 LU102041 Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a. Herstellen eines Glaskôrpers (1) aus einem Glasmaterial, und b. In-Kontakt-Bringen des Glaskôrpers (1) mit einer Primértemperatur, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, mit einem flüssigen Abkühlmittel (4), das eine Abkühlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter der Primärtemperatur liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärtemperatur und die Abkühlmitteltemperatur derart gewählt werden, dass a. die anfängliche Abkühlrate im Bereich vom 80 Kelvin bis 120 Kelvin pro Sekunde liegt, insbesondere im Bereich vom 90 Kelvin bis 110 Kelvin pro Sekunde liegt, oder 100 Kelvin pro Sekunde beträgt, oder dass b. die anfängliche Abkühlrate nicht geringer als 80 Kelvin pro Sekunde, insbesondere nicht geringer als 100 Kelvin pro Sekunde ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärtemperatur höchstens 30 Kelvin unter und höchstens 10 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt oder dass die Primärtemperatur dem Littleton-Punkt entspricht.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1) aus einer Schmelze des Glasmaterials hergestellt wird und in einem ersten Abkühlprozess außerhalb des Abkühlbades (3) bis zum Erreichen der Primärtemperatur abgekühlt wird und dann unmittelbar anschließend in mit dem flüssigen Abkühlmittel (4) in Kontakt gebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erkaltete Glaskörper (1) vor dem In- Kontakt-Bringen auf die Primärtemperatur erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1) zum Erhitzen in wenigstens einen Ofen (5) überführt wird,

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (5) eine Ofentemperatur aufweist, die dem Littleton-Punkt des Glasmaterials entspricht oder die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (5) eine Ofentemperatur aufweist, die in einem Bereich von 10 Kelvin bis 40 Kelvin Uber der Primärtemperatur liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskôrper (1) ein Hohlkörper mit einer Wandung ist, die eine Wanddicke aufweist, und dass der Glaskôrper (1) für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 90 Sekunden, insbesondere von 45 Sekunden bis 70 Sekunden, pro Millimeter Wanddicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 55 Sekunden pro Millimeter Wanddicke, in dem Ofen (5) verbleibt.

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10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1) flach ausgebildet ist und eine Dicke aufweist, und dass der Glaskörper für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 90 Sekunden, insbesondere von 45 Sekunden bis 70 Sekunden, pro Millimeter Dicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 55 Sekunden pro Millimeter Dicke, in dem Ofen (5) verbleibt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen in einem mehrstufigen, insbesondere zweistufigen, Prozess erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1) zunächst mit einer ersten Aufheizrate auf eine erste Temperatur aufgeheizt wird und anschließend mit einer zweiten Aufheizrate, die Uber der ersten Aufheizrate liegt, auf die Primärtemperatur aufgeheizt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskärper (1) zuerst bei einer ersten Ofentemperatur und danach bei einer zweiten Ofentemperatur, die hôher ist als die erste Ofentemperatur, erhitzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1) für eine Aufheizzeit im Bereich von 60 Sekunden bis 120 Sekunden, insbesondere von 80 Sekunden bis 100 Sekunden, oder für eine Aufheizzeit von 90 Sekunden der zweiten Ofentemperatur ausgesetzt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das In-Kontakt-Bringen durch ein Eintauchen des Glasgegenstandes in ein Abkühlbad, das das Abkühlmittel beinhaltet, erfolgt.

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16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das In-Kontakt-Bringen durch Besprühen oder durch Berieseln mit dem Abkühlmittel erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlmittel (4) ein Öl und/oder ein Metall und/oder eine Salzschmelze beinhaltet oder dass das Abkühlmittel ein Öl oder ein Metall oder eine Salzschmelze ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas oder ein Alumosilikatglas ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Siliziumdioxidanteil von mehr als 58 % (Massenprozent) und von weniger als 85 % (Massenprozent), insbesondere von mehr als 70 % (Massenprozent) und von weniger als 74 % (Massenprozent) aufweist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Alkalioxidanteil, insbesondere Natriumoxidanteil und/oder Lithiumoxidanteil, im Bereich von 5 % (Massenprozent) bis 20 % (Massenprozent), insbesondere im Bereich von 12 % (Massenprozent) bis 13,5 % (Massenprozent) aufweist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Kaliumoxidanteil von höchstens 7 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 1 % (Massenprozent), aufweist oder dass das Glasmaterial einen Kaliumoxidanteil im Bereich von 0,5% (Massenprozent) bis 0,9 % {Massenprozent) aufweist.

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22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Bortrioxidanteil von weniger als 15 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 5 % (Massenprozent), aufweist.

23. Glasgegenstand hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 22.

24. Glasgegenstand nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasgegenstand als ein Hohlkörper, insbesondere ein Trinkglas, eine Vase, ein Becher, eine Schüssel oder eine Flasche, ausgebildet ist.

25. Glasgegenstand nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasgegenstand als Geschirgegenstand, insbesondere als Teller, ausgebildet ist.

26. Glasgegenstand nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasgegenstand als Flachglas ausgebildet ist.