LU102044B1

LU102044B1 - Glasbehälter

Info

Publication number: LU102044B1
Application number: LU102044A
Authority: LU
Inventors: Martin Gross; Sabine Hönig; Thomas Voland; Michael Heidan
Original assignee: Univ Freiberg Tech Bergakademie
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2022-03-03
Also published as: WO2022049204A1; CN116670083A; US20230331424A1; EP4208420A1; TW202222729A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Glasbehälter, der wenigstens eine Wandung aufweist und der aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas, oder ein Alumosilikatglas 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

03.09.2020 084A0004LU 1 LU102044 Beschreibung Titel: Glasbehälter Die Erfindung betrifft einen Glasbehälter, der wenigstens eine Wandung aufweist und der aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas, oder ein Alumosilikatglas 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 GlaswerkstUck 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 Uber 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

N

03.09.2020 084A0004LU 2 LU102044 einem sogenannten Hochtemperatur-lonenaustausch und Verfahren mit einem sogenannten Niedertemperatur-lonenaustausch unterschieden. Lediglich Verfahren mit Niedertemperatur-lonenaustausch, bei dem ein Alkali- lon durch ein größeres Alkali- lon 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 Spezialgiäser 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 Alkalionenaustausch 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

03.09.2020 084A0004LU 3 LU102044 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 Alkalimetallsalzläsungen 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 °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 ete ey

03.09.2020 084A0004LU 4 LU102044 b. der Glasbehälter bis in eine Druckspannungstiefe eine Druckspannung und ab der Druckspannungstiefe eine Zugspannung Aaufweist, 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 — herkômmilich aus demselben Glasmaterial hergestellte Glasgegenstände. In erfindungsgemäBer 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 Uber dem Littleton- Punkt des Glasmaterials liegt, erwärmt wird. Anders als bei dem

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LU102044 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 5 höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter der Primartemperatur 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 Glasbehdlter 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

03.09.2020 084A0004LU 6 LU102044 Glasbehälter ganz wesentlich beispielsweise von Glasbehältern, die mit einem bekannten chemischen Vorspannverfahren behandelt wurden.

Der erfindungsgemäße Glasbehdlter kann vorteilhaft insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Oberflächenschicht eine Dicke im Bereich von 0,5 um bis 60 um, insbesondere im Bereich von 0,5 um bis 30 um, insbesondere im Bereich von 0,5 um bis 15 um 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.

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.

Insbesondere in den Bereichen der Wandung des Glasbehälters, in denen

03.09.2020 084A0004LU 7 LU102044 die Oberflächenschichten gleich ausgebildet und zueinander parallel sind, ist das Zugspannungsmaximum zumeist mittig zwischen den Oberflachenschichten angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass der Glasbehälter Bereiche aufweist, bei denen das Zugspannungsmaximum auBermittig 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 groBen 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

03.09.2020 084A0004LU 8 LU102044 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, 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 erfindungsgemdBer 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 Glasbehältern gleichen Materials und gleicher Festigkeit.

Der erfindungsgemäße Glasbehälter kann insbesondere derart

03.09.2020 084A0004LU 9 LU102044 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, das die Oberflächenschicht (bzw. die Oberflächenschichten) eine im Vergleich zu der Innenschicht eine gesteigerte Härte aufweist (aufweisen) und/oder das 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 um bis 10 um größer ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium und dass der Anteil an Kalium ab einer Tiefe im Bereich von 0,5 um bis 10 um 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

03.09.2020 084A0004LU 10 LU102044 Dicke der Oberflächenschicht mindestens 50 Massenprozent beträgt.

Das Glasmaterial, aus dem der Glasbehälter hergestellt ist, ist vorteilhaft ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas 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.

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 Sekiflasche oder als Bierflasche oder als

03.09.2020 084A0004LU 11 LU102044 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 ] 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 maBstabsgerechte Darstellung einer ersten Komponente des Spannungsverlaufs 1 innerhalb der Wandung 8 eines erfindungsgemdBen 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 Uber dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, erwärmt und anschließend sauf eine Abschrecktemperatur abgeschreckt wurde, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens

03.09.2020 084A0004LU 12 LU102044 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 AuBenseiten 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 erfindungsgemäBen Glasbehälters hinzu, wie sie schematisch in Figur 2 dargestellt ist.

Figur 2 zeigt eine schematische und nicht maßstabsgerechte Darstellung einer zweiten Komponente des Spannungsverlaufs ] 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 11 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.

03.09.2020 084A0004LU 13 LU102044 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 11 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 erfindungsgemäBen 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 11 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

03.09.2020 084A0004LU 14 LU102044 unmittelbar an die Oberflächenschicht 10 angrenzende, Innenschicht 11 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 auBermittig zwischen den AuBenseiten der Wandung 8 angeordnet ist.

03.09.2020 084A0004LU 15 LU102044 Bezugszeichenliste: ] 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

03.09.2020 084A0004LU 16 LU102044 Patentansprüche

1. Glasbehälter (7), der wenigstens eine Wandung (8) aufweist und der aus einem Grundmaterial gefertigt ist, das ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas oder ein Alumosilikatglas ist, dadurch gekennzeichnet, dass a. wenigstens eine Oberflachenschicht (10) an Kalium angereichert und an Natrium und/oder Lithium abgereichert ist, während eine, insbesondere unmittelbar an die Oberflächenschicht (10) angrenzende, Innenschicht (11) 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 (11) 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 um bis 60 um, insbesondere im Bereich von 0,5 um bis 30 um, insbesondere im Bereich von 0,5 um bis 15 um aufweist.

3. Glasbehälter (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasbehälter (7) wenigstens eine

03.09.2020 084A0004LU 17 LU102044 Wandung (8) mit zwei, insbesondere zueinander paralielen, 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. de 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 (11) 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.

5. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum mittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist.

6. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum auBermittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist.

7. 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)

03.09.2020 084A0004LU 18 LU102044 und eine zwischen den Oberfldchenschichten (10) angeordnete Innenschicht (11) nicht an Kalium angereichert und nicht an Natrium und/oder Lithium abgereichert sind und dass b. de Wandung (8) 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.

8. Glasbehälter (7) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugspannungsmaximum auBermittig zwischen den Oberflächenschichten (10) angeordnet ist.

9. 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, aufweist.

10. 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.

03.09.2020 084A0004LU 19 LU102044

11. Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (10) eine im Vergleich zu der Innenschicht (11) eine gesteigerte Härte aufweist und/oder dass die Oberflächenschicht (10) eine Martenshärte, insbesondere gemessen gemäß DIN EN ISO 14577-1 bei einer Prüfkraft von 2N, im Bereich von 3.500 N/mm? bis 3.900 N/mm? insbesondere im Bereich von 3.650 N/Mm? bis 3.850 N/mm? aufweist.

12. — Glasbehälter (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberflächenschicht (10) der Anteil an Kalium bis in eine Tiefe im Bereich von 0,5 um bis 10 um größer ist als der Gesamtanteil an Natrium und Lithium und dass der Anteil an Kalium ab einer Tiefe im Bereich von 0,5 um bis 10 um kleiner ist ais 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 Vierte! 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) rohrfôrmig 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.

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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.