MX2011006816A - Metodo y sistema para doblar laminas de vidrio con curvaturas complejas. - Google Patents

Abstract

La presente invención está relacionada con un método y un sistema para doblar láminas de vidrio con curvaturas complejas que comprende: calentar al menos un área preseleccionada de al menos una lámina de vidrio utilizando la energía de microondas y luego formar la lámina contra un troquel.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA DOBLAR LÁMINAS DE VIDRIO CON CURVATURAS COMPLEJAS.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN A. CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método y sistema para el doblado de láminas de vidrio por calentamiento selectivo de áreas de las láminas usando energía de microondas y luego, superficialmente formar las láminas en contra un troquel macho.

B. DESCRIPCIÓN DEL ARTE PREVIO Actualmente existen varias técnicas para el doblado y formado de láminas de vidrio, tales como vidrios automotrices que consisten principalmente en el calentamiento de los vidrios usando elementos de calentamiento infrarrojos (IR). La energía IR calienta el vidrio hasta su punto de reblandecimiento, permitiendo que el vidrio caiga gravedad y que se conforme éste de acuerdo a la forma del molde. Este molde puede ser un anillo metálico con la forma final del vidrio. Otro método es el ya conocido método de doblado por prensado, en donde dos troqueles de prensado forman el vidrio a una curvatura deseada.

Los métodos descritos anteriormente son inadecuados para obtener curvaturas complejas debido al hecho de que toda la superficie del vidrio es calentada, causando que las áreas de contacto con el molde se dañen, en detrimento de la calidad óptica.

El uso de la radiación focalizada IR para selectivamente calentar el vidrio tiene la desventaja de que la radiación enfocada primero calienta la superficie de vidrio y posteriormente el resto de la masa a través de su espesor, resultando en un calentamiento desigual del vidrio y una superficie blanda. La curvatura suave que el vidrio puede adquirir durante la etapa de precalentamiento es una limitación para el proceso de prensado. Esta limitación tiene el inconveniente de crear efectos secundarios cuando se trata de calentar adicionalmente el vidrio para facilitar el formado en el proceso de prensado.

El estado del arte para calor focalizado que usa microondas, como el que se describe en la publicación PCT WO2008/090087A1 no toma en cuenta que hay otras variables que influyen en el formado del vidrio, además de la aplicación de calor y el peso de vidrio. Los inventores han encontrado que la estructura de doblado o molde es un factor importante a considerar para un buen formado del vidrio.

De acuerdo a lo anterior, la presente invención se refiere a un método para realizar curvaturas complejas sobre dos láminas de vidrio, prensando el vidrio contra un troquel como el que se describe en la patente Norteamericana US5713976, siendo el vidrio previamente calentado de forma selectiva en aquellas áreas que requieren una curvatura compleja, evitando el sobrecalentamiento innecesario de las otras zonas de la láminas de vidrio como, por ejemplo, el área de vidrio en contacto con el molde de preformado, lo que resulta en una menor deformación, a sabiendas de que la deformación de la superficie de vidrio es una de las causas más importantes de los defectos ópticos.

Con lo anteriormente descrito y el método propuesto, la repetibilidad de la forma final del vidrio no dependerá de todas las estructuras de doblado o moldes que típicamente son utilizados en un proceso de formado continuo.

Un proceso de doblado continuo podría utilizar un rango de 40 a 50 moldes, en donde todos ellos deben ser calibrados y mantenidos en buen estado para evitar la variación del producto.

Es importante hacer notar que con el método propuesto, sólo se requerirá mantener calibrado un proceso de prensado con el fin de satisfacer los requerimientos del producto.

De la revisión de un proceso de doblado en un horno convencional continuo, en donde el vidrio es curvado por el efecto de la gravedad o por el proceso de doblado por prensa, se ha detectado la necesidad de suavizar diferencialmente el vidrio en áreas predefinidas, para facilitar la configuración de radios pequeños o curvaturas complejas que no es posible realizar por el proceso de gravedad, dependiendo sólo de las propiedades de fase viscoelásticas del vidrio.

El uso de un proceso de formado por prensa está limitado, debido a los daños causados en la superficie de vidrio que está en contacto con el troquel de "prensado. Sin embargo, si la temperatura en esas zonas es controlada y limitada a las zonas donde se requiere la curvatura compleja, entonces se evita el daño superficial, porque el vidrio no es demasiado blando con respecto a sus puntos de contacto.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, es un objetivo principal de la presente invención, proveer un método y un sistema para doblar una lámina de vidrio el cual calienta de manera selectiva áreas específicas de la lámina de vidrio, mientras que en la parte superior de un molde de pre-formado, utiliza energía de microondas y luego forma la lámina de vidrio con un molde macho para obtener curvaturas controladas.

Es otro objetivo principal de la presente invención, proveer un método y un sistema de doblado de vidrio con curvaturas complejas, de la naturaleza anteriormente mencionada, es decir libre de distorsión óptica o superficial causada por el contacto de vidrio ablandado en contra del anillo de doblado y/o el troquel de prensado.

Es otro objetivo principal de la presente invención proporcionar un método y un sistema para calentar selectivamente una lámina de vidrio, por medio de un aparato para manejar la posición de las microondas y una aplicación de energía controlada para obtener un patrón de calentamiento deseado.

Es un objetivo adicional de la presente invención, proporcionar un método y un sistema para doblar un vidrio con curvaturas complejas, que elimina la necesidad de controlar con precisión la forma de los anillos de doblado y en lugar solamente se calibra un troquel macho para cumplir con los requerimientos del producto.

Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un método y un sistema, en donde el troquel macho puede ser calibrado por medio de la adición de una estructura de ajuste durante la construcción del troquel macho.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS.

La figura 1 es un diagrama esquemático de las etapas del método en relación con el sistema de doblado con curvaturas complejas, de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La figura 2 son ejemplos que muestran la forma aplicación de calor en un vidrio de un parabrisas de un automóvil; La figura 3 es un diagrama esquemático que detalla los pasos del método de prensado de vidrio.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN.

El método y sistema de doblado de vidrio con curvaturas complejas, de conformidad con la presente invención será ahora descrito con referencia a las modalidades preferidas de la misma, ilustradas en los dibujos adjuntos, en donde los mismos números se refieren a las mismas partes de los dibujos mostrados.

Con referencia a la figura 1, el método para doblar vidrio con curvaturas complejas de la presente invención, comprende las siguientes etapas: 1. Colocar un parabrisas automotriz de vidrio (la), actualmente compuesto por dos láminas de vidrio (la) sobre un molde de preforma (Ib) sujetando el vidrio (la) en forma horizontal, soportado por un anillo y montado sobre un transportador de rodillos en movimiento (le); 2. Mover el vidrio (la) en el molde (Ib), a través de una cámara de pre-calentamiento (Id); 3. Introducir el vidrio y el molde de preforma en una cámara de microondas (lf), por debajo de transmisores de microondas (MT) y un mecanismo movible (lg) y centrar éste por medio de un primer mecanismo de centrado (lj) para ser selectivamente calentada; 4. Mover el vidrio (la) y el molde de preforma (Ib) a una estación de formado por prensa (lk), en donde el molde de preforma es centrado por medio de un segundo mecanismo de centrado (11), ubicado debajo de un troquel de prensado (lm), para ser formado; 5. Mover el vidrio (la) y el molde de preforma (Ib) a través de una cámara de recocido y enfriamiento (ln).

El vidrio (la) y el molde de preforma (Ib) entran en la cámara de pre-calentamiento (Id), la cual es equipada con elementos infrarrojos (le) colocados sobre y debajo de la lámina de vidrio (la) que generan radiación infrarroja.

Las características de la cámara de precalentamiento (Id) como la longitud, la sección transversal, y la dimensión de los elementos de calentamiento se calculan de acuerdo al tiempo de ciclo deseado y la carga de masa del vidrio.

El vidrio es calentado desde la temperatura ambiente hasta su punto de reblandecimiento de alrededor de 500°C a alrededor de 620°C a lo largo de su traslado a través de la cámara de precalentamiento (Id).

En la última sección de precalentamiento (Id), el vidrio adquirirá cierta curvatura por efecto de la gravedad, la temperatura y el molde de preforma (Ib).

Luego, el vidrio reblandecido ingresará en la cámara de microondas (lf) donde será colocado por debajo de los transmisores de microondas (MT) y de sus correspondientes mecanismos de movimiento (lg). Los transmisores de microondas MT emitirán energía de microondas en un rango de 0.9 a 10 GHz.

El vidrio (la) y el molde de preforma (Ib) son colocados y se mantienen en su lugar por medio de un mecanismo de centrado (lj) situado al nivel de los rodillos sobre el transportador (le).

La energía se aplica en las zonas de vidrio (GZ), previamente especificadas, y dependen de la distribución de la temperatura necesaria para el siguiente proceso de prensado.

Los elementos de calentamiento (li) (radiación infrarroja IR) son instalados dentro de la cámara de calentamiento (lf) para mantener una temperatura favorable de la cámara para el proceso y evitar el enfriamiento del vidrio en esta etapa.

La aplicación de la energía de microondas permite al vidrio alcanzar diferenciales de temperatura en el rango de alrededor 20 a alrededor 50°C, en un tiempo corto, en comparación con otros métodos de calentamiento. La energía del microondas puede ser focalizados por el medio de los transmisores de microondas (MT) que están montados en un \ mecanismo movible (lg) que pueden ayudar a moverse con mayor seguridad sobre las zonas deseadas para aplicación de calor.

La sección de la cámara de calentamiento (lf) incluye una primera cámara (B) para mantener la temperatura de la lámina de vidrio (la) entre alrededor de 500°C a alrededor de . 620°C (primera temperatura predeterminada) y para recibir un incremento en la temperatura de alrededor de unos 20°C a alrededor de unos 50°C sobre la primera temperatura predeterminada, y una segunda cámara B para mantener una temperatura de entre 40°C y 90°C, dicha segunda cámara incluyendo un mecanismo movible (lg) para que pueda moverse de forma selectiva a cada área pre-seleccionada, dicho mecanismo movible incluyendo transmisores de microondas (MT) montados en el mismo.

El mecanismo movible (lg) y los transmisores (MT) son aislados de la cámara de calentamiento (1F) (una cámara de microondas) por medio de paneles de cerámica (lh), que aprovecha su propiedad de ser transparente a la exposición de microondas, cuando su temperatura es superior a 600°. Esta condición contribuye a aumentar la vida del mecanismo movible (lg) y el transmisor (MT) y el acceso a servicio de mantenimiento sin la necesidad de apagar el horno.

Los paneles de cerámica (lh) son colocados entre el mecanismo movible (lg) y la lámina de vidrio (la), dicha placa de cerámica (lh) permite la transmisión de la energía de microondas desde los transmisores (MT) sobre la lámina de vidrio (la).

La energía del microondas se aplica a los patrones previamente definidos en las áreas (GZ) que demandarán un mayor esfuerzo para ajustarse a la forma del troquel de prensado (lm), como aquellos con radios pequeños.

La figura 2 muestra algunos ejemplos de patrones de calentamiento por microondas (GZ) que se requieren para preparar el vidrio para el formado por prensa con el troquel macho (lm). Los patrones de calentamiento por microondas aumentaran la temperatura del vidrio como se desee, controlando la velocidad de escaneo, el tiempo y la energía.

El mecanismo movible (lg) permite al transmisor (MT) tener por lo menos cuatro grados de libertad y pueden ser o no un robot.

El control de la temperatura del vidrio es un control de lazo cerrado entre el escáner de temperatura del vidrio (GTS) y un controlador de microondas (3e) para regular parámetros como el tiempo y aplicación de la energía.

La energía de microondas en una primera modalidad de la presente invención se aplica de acuerdo a las siguientes etapas: La lámina de vidrio (la) es escaneada para medir su distribución de temperatura, una vez que dicha lámina de vidrio se ha calentado de entre una temperatura de alrededor de 500°C y entre 620°C (primera temperatura predeterminada); después, se aplica energía de microondas a cada una de los áreas preseleccionados (GZ) de la lámina de vidrio (la), para calentar el área preseleccionada (GZ) a una temperatura de entre alrededor de 20°C y alrededor de 50°C por encima de los 500°C y 620°C. Una vez que cada área preseleccionada ha sido calentada, el escáner GTS aplica una segunda etapa de escaneo de la lámina de vidrio (la), para confirmar la temperatura del vidrio. La aplicación de la energía de microondas es controlada por un escáner de temperatura, energía y/o control de frecuencia y/o tiempo.

El vidrio calentado diferencialmente, es entonces trasladado a la siguiente estación, donde el proceso de formado final será realizado.

\ En la estación de formado por prensado que se ilustra en la Figura 3, en una primera etapa, el vidrio y el molde de preforma (3a) son colocados y fijados en el centro de la zona por medio de un dispositivo de centrado mecánico y neumático situado al nivel de los rodillos y luego, como una segunda etapa, la cámara superior (3b) se mueve hacia abajo y un flujo de vacío es activado por medio de un generador de vacío (3c), el cual levanta las dos piezas de vidrio al mismo tiempo (tercera etapa), presionando las placas de vidrio (la) contra el troquel macho (3d) situado en el centro de la cámara de vacío.

El troquel macho (3d) es una placa de acero formando la curvatura del producto final que está soportada sobre una estructura que permite el ajuste manual de la superficie del troquel para cumplir con el perfil del producto a lo largo de toda su superficie.

Tanto la cámara de vacío (3c) y el troquel macho (3d) se mueven hacía arriba y hacía abajo con seguridad por un mecanismo controlado electrónicamente (3e) situado sobre la estructura del módulo.

Como cuarta etapa, el efecto de vacío es apagado y una pequeña cantidad de aire caliente es soplado en el centro del troquel macho (3d) para facilitar la liberación de vidrio del troquel macho. Posteriormente, el vidrio se deposita en el molde de preforma (3a).

En la última etapa (quinta), la cámara de vacío (3c) se levanta junto con el troquel macho (3d) para que el vidrio y el molde de preforma (3a) continúen su traslado hacia las cámaras de recocido y enfriamiento (no mostrados).

La transportadora de rodillos (le) incluye una serie de rodillos (R) que giran en la dirección deseada para introducir la lámina de vidrio a cada una de dichas secciones de precalentamiento, calentamiento, moldeado y secciones de enfriamiento.

De lo anterior, se ha descrito un método y sistema para el doblado de vidrio con curvaturas complejas y será aparente para los expertos en el ramo que muchas otras características o mejoras pueden realizarse, las cuales pueden ser consideradas dentro del campo determinado por las siguientes reivindicaciones.

Claims (26)

REIVINDICACIONES \

1. Un método para doblar láminas de vidrio con curvaturas complejas que comprende: calentar al menos un área preselecciona de al menos una lámina de vidrio utilizando energía de microondas y luego formar superficialmente las láminas en contra de un troquel.

2. El método para doblar láminas de vidrio con curvaturas complejas de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de calentar áreas preseleccionadas de las láminas de vidrio comprende: a. Precalentar al menos una lámina de vidrio a una primera temperatura predeterminada sobre un molde de preforma, sujetando la lámina de vidrio de forma horizontal y siendo colocada para ser trasladada sobre transportador de rodillos; b. Aplicar energía de microondas en al menos un área preselecciona de la lámina de vidrio para proporcionar calor a dicha área preseleccionada a una segunda temperatura predeterminada; c. Moldear las láminas de vidrio moldeado en contra de un troquel; d. Enfriar las láminas de vidrio a una tercera temperatura preseleccionada.

3. El método para doblar láminas de vidrio con curvaturas complejas de conformidad con la reivindicación 2, donde la etapa de aplicar energía de microondas incluye las etapas de: a. Escanear la distribución de temperatura de vidrio en la lámina de vidrio, después de dicha lámina de vidrio ha sido calentado a la primera temperatura predeterminada; b. Aplicar energía de microondas al área preseleccionada de la lámina de vidrio; c. Aplicar un segundo escaneo sobre la lámina de vidrio para confirmar la distribución de temperatura en el vidrio; y, d. Regular la energía de microondas para lograr la temperatura deseada y para proporcionar la temperatura adecuada para el prensado de la lámina de vidrio.

4. El método para doblar láminas de vidrio con curvaturas complejas de conformidad con la reivindicación 3, en donde la aplicación de la energía de microondas es controlada por un escáner de temperatura, energía y/o control de frecuencia y/o tiempo.

5. El método para doblar láminas de vidrio de conformidad con la reivindicación 2, en donde el moldeado de la lámina de vidrio se lleva a cabo prensando el vidrio por medio de vacío en contra del troquel.

6. El método para doblar láminas de vidrio de conformidad con la reivindicación 2, en donde el moldeado de la lámina de vidrio se lleva a cabo por medio de prensar a la lámina de vidrio contra un troquel.

7. El método de doblar láminas de vidrio de conformidad con la reivindicación 2, en donde el vidrio es calentado preseleccionadamente por medio de energía de microondas en aquellas zonas donde los esfuerzos de prensado necesitan ser minimizados, para evitar daños en la superficie del vidrio.

8. El método de doblar láminas de vidrio de la reivindicación 2, en donde el troquel es un troquel macho.

9. El método de doblar láminas de vidrio de la reivindicación 8 en donde el troquel macho es calibrado por medio de una estructura de ajuste.

10. El método de la reivindicación 2, en donde el calentamiento por energía de microondas se lleva a cabo por medio de transmisores de microondas colocados sobre un mecanismo movible.

11. (Enmienda) El método de la reivindicación 2 en donde la energía de microondas está en una frecuencia dentro de un rango de alrededor de 0.9 Mhz Ghz a alrededor de 10 Mfez Ghz.

12. El método de la reivindicación 2, en donde la primera temperatura predeterminada es una temperatura dentro del rango de alrededor de 500°C a alrededor de 620°C.

13. El método de la reivindicación 2, en donde la segunda temperatura predeterminada se incrementa entre alrededor de 20°C y entre 50°C por sobre la primera temperatura predeterminada.

14. Un sistema para doblar láminas de vidrio con curvaturas complejas que comprende: a) una sección de precalentamiento para horizontalmente soportar la menos una lámina de vidrio, dicha lámina de vidrio siendo soportada por un anillo que está posicionado sobre un transportador de rodillos en movimiento, dicha sección de precalentamiento siendo adaptada para elevar la temperatura de la lámina de vidrio a una primera temperatura predeterminada; b) Una sección de calentamiento que tiene al menos una fuente de energía de de microondas ubicada por encima de la lámina de vidrio para calentar al menos un área preseleccionada de la lámina de vidrio a una segunda temperatura predeterminada; c) una sección de moldeo para moldear las láminas de vidrio en contra de un troquel; y, d) una sección de enfriamiento para enfriar las láminas de vidrio a una tercera temperatura preseleccionada.

15. El sistema para doblar de láminas de vidrio con curvaturas complejas de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el sistema incluye un aparato de escaneo para llevar a cabo un primer escaneo de la distribución de la temperatura en la lámina de vidrio, después de que dicha lámina de vidrio ha sido calentada a una primera temperatura predeterminada y, aplicar un segundo escaneo de la lámina de vidrio para confirmar la distribución de la temperatura en el vidrio.

16. El sistema para doblar láminas de vidrio de la reivindicación 14 donde la sección de calentamiento incluye una primera cámara para mantener la primera temperatura predeterminada de la lámina de vidrio y para recibir un incremento de temperatura entre alrededor de 20°C y alrededor de 50°C por encima de la primera temperatura predeterminada, y una segunda cámara para mantener una temperatura entre 40°C y 90°C, dicha segunda cámara incluyendo un mecanismo movible para que pueda moverse en forma selectiva a cada área preseleccionada, dicho mecanismo movible incluyendo transmisores de microondas acoplados sobre el mismo.

17. El sistema para doblar láminas de vidrio de la reivindicación 14, en donde la primera temperatura predeterminada está dentro del rango de entre alrededor de 500°C y alrededor de 620°C.

18. El sistema para doblar láminas de vidrio con curvaturas complejas como el reivindicado en la reivindicación 14, donde la fuente de energía de microondas emite una frecuencia dentro de un rango de alrededor de 0.9 Mhz Ghz a alrededor de 10 Mhz Ghz.

19. El sistema para doblar láminas de vidrio con curvaturas complejas como el reivindicado en la reivindicación 14, donde la sección de precalentamiento incluye elementos de infrarrojos situados por encima y por debajo de la lámina de vidrio para calentar la lámina de vidrio a la primera temperatura predeterminada.

20. El sistema para doblar láminas de vidrio de conformidad con la reivindicación 14 donde el troquel es un troquel macho.

21. El sistema para doblar láminas de vidrio de conformidad con reivindicación 20 en donde el troquel macho es calibrado por medio de una estructura ajustable.

22. El sistema para doblar láminas de vidrio de la reivindicación 14, donde el troquel comprende una curvatura predeterminada de acuerdo con la curvatura deseada para la lámina de vidrio.

23. El sistema para doblar láminas de vidrio de la reivindicación 14, en donde el troquel está montado sobre una estructura ajustable, dicha estructura siendo ajustable para moldear el vidrio por medio de vacío en contra del troquel.

24. El sistema para doblar láminas de vidrio de la reivindicación 16, en donde la segunda cámara es una cámara de aislada para mantener aislado el mecanismo movible y los transmisores de microondas de la alta temperatura de la primera cámara, la cámara aislada incluyendo una placa de cerámica ubicada entre el mecanismo movible y la lámina de vidrio, dicha placa cerámica permitiendo la transmisión de la energía de microondas de los transmisores sobre la lámina de vidrio.

25. El sistema para doblar láminas de vidrio de la reivindicación 14, en donde las secciones de precalentamiento, calentamiento, moldeo y enfriamiento incluyen una serie de rodillos que giran en la dirección deseada para introducir la lámina de vidrio a cada una de dichas secciones.

26. El sistema para doblar de láminas de vidrio con curvaturas complejas de acuerdo con la reivindicación 21, en donde el troquel y la estructura ajustable se mueven por medios electrónicos, de acuerdo a ciclos de prensado diferentes.