PL198059B1

PL198059B1 - Sposób termicznego wprowadzania naprężeń własnych do płyt szklanych, sposób wytwarzania płyt szklanych oraz zastosowanie płyt szklanych

Info

Publication number: PL198059B1
Application number: PL367875A
Authority: PL
Inventors: Horst Seidel; Georg F. Hesselbach
Original assignee: Isg Interver Special Glass Ltd
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2008-05-30
Also published as: ATE297365T1; EP1414761B1; EP1414762A1; DE50106482D1; EP1414761B2; WO2003014034A1; PL199925B1; EP1414762B1; ATE287859T1; PL367875A1; EP1414761A1; DE50202131D1; WO2003014035A1; RU2004106597A; PL365540A1

Abstract

1. Sposób termicznego wprowadzania napr ezen w la- snych do p lyt szklanych obejmuj acy ogrzewanie p lyty szklanej do temperatury powy zej temperatury, w której materia l tworz acy p lyt e wykazuje lepko sc 10 13 dPas i bez- po srednio po tym ch lodzenie powierzchni zewn etrznych ogrzanej p lyty szklanej, w celu uzyskania trwa lych sciskaj a- cych napr ezen w lasnych na powierzchniach zewn etrznych po och lodzeniu p lyty szklanej, znamienny tym, ze p lyta szklana po zako nczeniu ogrzewania i/lub na pocz atku ch lodzenia wykazuje przynajmniej w obszarze powierzchni zewn etrznych temperatury, które odpowiadaj a temperatu- rze, w której materia l tworz acy p lyt e szklan a wykazuje lepkosc mi edzy 10 7.6 dPas a 10 6 dPas. 21. Sposób wytwarzania p lyt szklanych z napr ezeniami w lasnymi obejmuj acy przynajmniej jedn a pierwsz a i jedn a drug a operacj e wprowadzania napr ezen, znamienny tym, ze przynajmniej jedn a operacj e wprowadzania napr ezen, w szczególno sci ostatni a operacj e wprowadzania napr ezen przeprowadza si e sposobem okre slonym w zastrz.1-20. 23. Zastosowanie p lyt szklanych wytworzonych sposo- bem okre slonym w zastrze zeniach 1-22 do wytwarzania szyb ognioochronnych i/lub szyb bezpiecznych do budyn- ków i/lub pojazdów lub p lyt szklanych b edacych materia lem wyj sciowym do wytworzenia wymienionych wy zej szyb. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Niniejsze zgłoszenie zastrzega pierwszeństwo ze Zgłoszenia Patentu Międzynarodowego PCT/IB01/01434, dokonanego w dniu 9 sierpnia 2001, na ujawnienie całej treści którego chcemy się tu powołać.

Wynalazek dotyczy sposobu wprowadzania naprężeń własnych do płyt szklanych, zastosowania tego sposobu oraz płyt szklanych dających się wytworzyć za pomocą sposobu według głównych cech zastrzeżeń niezależnych.

Płyty szklane z naprężeniami ściskającymi wprowadzonymi do powierzchni zewnętrznych stosuje się korzystnie tam, gdzie stawiane są wysokie wymagania wytrzymałości mechanicznej i/lub zmian naprężeń termicznych, względnie obciążalności płyt szklanych, szczególnie w przypadku pożaru, względnie tam, gdzie powinno się zmniejszyć niebezpieczeństwo zranienia w przypadku pęknięcia szkła. Wstępne naprężenia ściskające na powierzchniach zewnętrznych płyty szklanej powodują zwiększenie udarności i wytrzymałości na zginanie płyty szklanej, co prowadzi do zwiększenia wytrzymałości mechanicznej na pęknięcia i polepszenie odporności na zmiany temperatury a płyta szklana w przypadku pęknięcia powinna się rozpaść idealnie na wiele małych kawałków. W szczególności przy budowie pojazdów, np., w budowie statków, i w nowoczesnej architekturze, gdzie szyby szklane obok tradycyjnych zadań, takich jak oddzielenie termiczne i akustyczne określonych obszarów, bez optycznego ich rozłączania, wciąż w większym zakresie pełnią także ważne techniczne zadania konstrukcyjne i ochronę przed ogniem, przy czym nie można sobie już dziś wyobrazić takich konstrukcji bez jedno- lub wielowarstwowych szyb bezpiecznych i/lub chroniących przed ogniem płyt szklanych o powierzchniach zewnętrznych ze ściskającymi naprężeniami własnymi.

Wprowadzenie naprężeń własnych do płyt szklanych prowadzi się w praktyce prawie wyłącznie na drodze chemicznej lub termicznej, przy czym termiczne wprowadzanie naprężeń wstępnych wiedzie wyraźny prym ze względów ekonomicznych i ze względu na trwałość zachowania naprężeń ściskających na powierzchniach zewnętrznych przy wytwarzaniu płyt z naprężeniami własnymi zwykłej grubości. Podczas termicznego wprowadzania naprężeń płytę szklaną ogrzewa się krótko do temperatury powyżej temperatury przemiany szkła a często do temperatury bliskiej temperatury Littleton'a lub temperatury mięknienia stosowanego typu szkła (temperatura, w której szkło wykazuje lepkość 10⁷'⁶ dPas) a następnie szybko schładza względnie hartuje, przy czym maksymalną temperaturę ogrzewania, szybkość chłodzenia i temperaturę końcową wybiera się tak, żeby obie powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej w temperaturze użytkowania wykazywały żądane, trwałe naprężenia ściskające. W zależności od rodzaju szkła i żądanej wielkości naprężeń ściskających, jest zwykle tak, że płyty szklane ogrzewa się w piecu grzejnym w ciągu kilku minut do temperatury w wyżej wspomnianym zakresie a następnie chłodzi się w ciągu jednej do dwóch minut przez nadmuch zimnego powietrza do temperatury otoczenia. W następstwie tego chłodzenia działającego z zewnątrz „zamarzają najpierw powierzchnie zewnętrzne płyty, przy czym mogą się one początkowo rozciągać ze względu na jeszcze niewielką wytrzymałość jeszcze gorącego szkła w środku płyty szklanej praktycznie bez powstawania naprężeń. Podczas dalszego schładzania szkła we wnętrzu płyty szklanej, szkło, już silnie zestalone na powierzchniach zewnętrznych, zaczyna przeszkadzać w rozciąganiu, co prowadzi do powstawania naprężeń ściskających w zewnętrznych powierzchniach płyty szklanej a we wnętrzu płyty równocześnie prowadzi do powstania naprężeń rozciągających. Jeśli temperatura płyty szklanej spadnie następnie poniżej temperatury przemiany, to istniejące w tym momencie naprężenia pozostają na trwałe w szkle. Stosowane pojęcia, takie jak „temperatura przemiany, „temperatura Littleton'a czy „temperatura mięknienia itp. są znane fachowcom z dziedziny obróbki szkła i mogą w przypadku potrzeby być znalezione także w literaturze fachowej (np., Lohmeyer..., Werkstoff Glas, wyd.: Lexika-Verlag, 1979, D-Grafenau). Nie zostaną więc one bliżej objaśnione.

Obok wspomnianych już na wstępie korzyści, znane płyty szklane z termicznie wprowadzonymi naprężeniami własnymi, wykazują jednak wadę, że typowe wielkości wytrzymałości, przy których partia takich płyt spełnia granice wymagane przy dzisiejszym systemie kwalifikacji odnośnie statystycznej możliwości pęknięcia płyty w przypadku pożaru, są rzeczywiście bardzo małe, tak, że płyty z po prostu termicznie wprowadzonymi naprężeniami własnymi bez dodatkowych działań uszlachetniających lub kwalifikacyjnych, takich jak składowanie na gorąco w celu eliminacji płyt pękających samorzutnie pod wpływem ciepła i ewentualnej ponownej obróbki cieplnej dla

PL 198 059 B1 wprowadzenia naprężeń, nie mogą być dziś stosowane w wielu dziedzinach. Ulepszanie tych płyt ponownie dzięki podanym działaniom jest pracochłonne i kosztowne, tak więc dostępne dziś płyty szklane z wprowadzonymi naprężeniami własnymi o dużej wytrzymałości i małym prawdopodobieństwie pęknięcia są drogie do wytworzenia.

Postawiono więc zadanie, oddania do dyspozycji sposobu wprowadzania naprężeń własnych do płyt szklanych oraz płyt szklanych z naprężeniami własnymi, które nie wykazują wad znanego stanu techniki lub przynajmniej częściowo je niwelują.

Zadanie to zostało rozwiązane przez sposób według wynalazku w którym sposób termicznego wprowadzania naprężeń własnych do płyt szklanych obejmujący etap ogrzewania płyty szklanej do temperatury powyżej temperatury, w której materiał tworzący płytę wykazuje lepkość 10¹³ dPas i bezpośrednio po tym chłodzenie powierzchni zewnętrznych ogrzanej płyty szklanej, w celu uzyskania trwałych ściskających naprężeń własnych na powierzchniach zewnętrznych po ochłodzeniu płyty szklanej, charakteryzuje się tym, że płyta szklana po zakończeniu ogrzewania i/lub na początku chłodzenia wykazuje przynajmniej w obszarze powierzchni zewnętrznych temperatury, które odpowiadają temperaturze, w której materiał tworzący płytę szklaną wykazuje lepkość między 10⁷'⁶ dPas a 10⁶ dPas.

Zgodnie z tym, w sposobie termicznego wprowadzania naprężeń do płyt szklanych, płytę szklaną doprowadza się w całym przekroju do temperatury powyżej temperatury przemiany materiału szklanego tworzącego płytę, a więc do temperatury powyżej temperatury, w której materiał tworzący płytę uzyskuje lepkość 10ⁿ dPas. W obszarze powierzchni zewnętrznych płyta szklana po zakończeniu ogrzewania, to znaczy na początku jej przeniesienia z pieca grzejnego do urządzenia do chłodzenia lub do hartowania lub na początku chłodzenia, tzn. bezpośrednio po przeniesieniu, względnie bezpośrednio przez rozpoczęciem nadmuchu lub natrysku środka chłodzącego pokazuje temperatury, które odpowiadają temperaturze, w której materiał szklany tworzący płytę szklaną wykazuje lepkość między 10^7O dPas a 106 dPas, lub wyrażając to inaczej, wykazuje temperaturę leżącą między temperaturą Littleton'a lub temperaturą mięknienia a temperaturą płynięcia szkła. Bezpośrednio po ogrzaniu prowadzi się następnie, bez dalszego etapu pośredniego, chłodzenie ogrzanej płyty szklanej przez przynajmniej początkowo silne i intensywne chłodzenie powierzchni zewnętrznych w ten sposób, że na powierzchniach zewnętrznych płyty pozostają trwałe własne naprężenia ściskające. Przenoszenie ogrzanej płyty szklanej z pieca grzejnego do urządzenia do chłodzenia należy albo do etapu grzania albo do chłodzenia a więc nie należy go rozumieć jako etapu pośredniego zgodnie ze zdaniem poprzednim.

Niespodziewanie okazało się, że można wytworzyć płyty szklane o małym prawdopodobieństwie pękania w przypadku pożaru i dużej wytrzymałości na zginanie i odporności na zmiany temperatury w ekonomiczny sposób i w krótkim czasie, a jeśli to potrzebne, także sposobem ciągłym tak, że można zrezygnować z operacji klasyfikowania i uszlachetniania wymaganych przy dzisiaj znanych płytach z termicznie wprowadzonymi naprężeniami. Dzięki temu jest możliwe oddanie do dyspozycji szkła chroniącego przed pożarem bardzo korzystnego ekonomicznie.

W korzystnej postaci wykonania sposobu, płytę szklaną ogrzewa się w ten sposób i ewentualnie w ten sposób przenosi do urządzenia chłodzącego, że po zakończeniu ogrzewania i/lub na początku chłodzenia pokazuje ona korzystnie w swym przekroju wszędzie zasadniczo jednolite temperatury, które odpowiadają temperaturze, w której materiał szklany tworzący płytę szklaną wykazuje lepkość 10⁷-6 dPas. Tym sposobem można wytworzyć płyty szklane z naprężeniami własnymi szczególnie dobrej jakości.

Ogrzewanie płyt szklanych prowadzi się korzystnie w dwóch lub więcej etapach ogrzewania, które korzystnie przeprowadza się w różnych komorach grzejnych urządzenia do wprowadzania naprężeń.

Ogrzewanie prowadzi się przy tym tak, że w etapie ogrzewania, który poprzedza ostatni etap ogrzewania, korzystnie ogrzewa się płytę równomiernie w całym przekroju do temperatury niższej niż w następującym bezpośrednio po nim ostatnim etapie ogrzewania, a w szczególności, że płytę szklaną w etapie ogrzewania poprzedzającym ostatni etap ogrzewania ogrzewa się do temperatury niższej od temperatury, w której materiał tworzący płytę szklaną wykazuje lepkość 10ⁿ dPas. Uzyskuje się przez to tę korzyść, że proces staje się bardziej dogodny a ponadto otwierają się możliwości zwiększenia w prosty sposób zdolności produkcyjnej, gdy najpierw ogrzewa się wiele płyt szklanych w jednym lub wielu piecach leżakowych przez dłuższy czas do już możliwie wysokiej temperatury pośredniej a następnie pojedynczo w dalszym, jednak bardzo krótkim, ostatnim etapie ogrzewania, np., w innym piecu doprowadza się do żądanej temperatury a następnie chłodzi.

PL 198 059 B1

Korzystnie w etapie poprzedzającym ostateczne ogrzewanie ogrzewa się płytę szklaną do temperatury bardzo bliskiej temperatury Littleton'a lub temperatury mięknienia materiału szklanego tworzącego płytę szklaną, a więc do temperatury, w której materiał szklany wykazuje lepkość około 10⁸ dPas. Następnie w etapie ostatecznego ogrzewania płytę szklaną ogrzewa się do temperatury leżącej powyżej temperatury mięknienia. Uzyskuje się dzięki temu tę korzyść, że etap ostatecznego ogrzewania może trwać stosunkowo krótko a równocześnie można zapewnić, że temperatura wnętrza masy szkła po zakończeniu ogrzewania leży w obrębie wąskich granic odchyłek. Korzystnie powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej po zakończeniu ogrzewania lub przed rozpoczęciem chłodzenia wykazują znacznie wyższe temperatury niż środek masy szklanej.

Jeśli powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej po zakończeniu ogrzewania i/lub przed rozpoczęciem chłodzenia wykazują znacznie wyższą temperaturę niż środek masy szkła, to w czasie między zakończeniem ogrzewania a początkiem chłodzenia, podczas którego płytę szklaną przenosi się z komory grzejnej pieca grzewczego do urządzenia do chłodzenia i ewentualnie nawet jeszcze na początku chłodzenia, następuje dodatkowe podgrzewanie środka płyty, co prowadzi do tego, że podczas intensywnego chłodzenia powierzchni zewnętrznych aż do momentu, w którym temperatura wnętrza masy szklanej obniży się poniżej temperatury Littleton'a lub temperatury mięknienia, w następstwie występujących w tym wypadku dużych różnic temperatur między środkiem masy szklanej a powierzchniami zewnętrznymi uzyskuje się bardzo duże naprężenia ściskając.

Jeśli środek masy szklanej po zakończeniu ogrzewania i/lub przed rozpoczęciem chłodzenia ma temperaturę poniżej temperatury Littleton'a względnie temperatury mięknienia a powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej płyty szklanej temperaturę powyżej tych granic, to można zabezpieczyć wysoką temperaturę środka masy szklanej na początku chłodzenia przy równocześnie dobrej trwałości kształtu. Przy równomiernym ogrzaniu płyty szklanej w przekroju płyty nie jest to możliwe, ponieważ temperatura płyty szklanej musi być wybrana z uwzględnieniem jej trwałości kształtu. W niniejszym wypadku jednak trwałość kształtu płyty zabezpieczona zostaje najpierw przez chłodniejszy jej środek a następnie przez ponownie schłodzone powierzchnie zewnętrzne.

Chłodzenie powierzchni zewnętrznych płyty szklanej prowadzi się korzystnie przez nadmuch i/lub natryskiwanie na nie gazowego czynnika chłodzącego, płynnego czynnika chłodzącego lub ich mieszaniny, przy czym szczególnie korzystne jest zimne powietrze, korzystnie o dużej wilgotności względnej, lub mieszanina powietrza i wody, ponieważ te środki chłodzące są dogodnie i wszędzie dostępne i umożliwiają intensywne chłodzenie.

Aby uzyskać zarówno ekonomiczne jak też i skuteczne chłodzenie, korzystne jest ponadto, żeby ilość środka chłodzącego stosowanego do chłodzenia w jednostce czasu, a więc strumień masowy i objętościowy i/lub skład środka chłodzącego zmieniały się w czasie. Tak więc, można np. zmieniać tylko ilość środka chłodzącego, którym dmucha się na powierzchnie zewnętrzne ogrzanych płyt szklanych. Można także przykładowo powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej na początku etapu chłodzenia natryskiwać mieszaniną woda-powietrze a następnie, po zamrożeniu stanu naprężenia, w następstwie obniżenia temperatury środka masy szklanej poniżej temperatury przemiany materiału szklanego, schładzać do temperatury równej w przybliżeniu temperaturze otoczenia. Ponadto możliwe jest przykładowo także dmuchanie najpierw zimnym powietrzem a następnie zwykłym powietrzem o temperaturze otoczenia, a mianowicie strumieniami o takiej samej lub różnej objętości względnie szybkości strumienia nadmuchu. Jest także do pomyślenia okresowe natryskiwanie względnie nadmuch na powierzchnie zewnętrzne. W ten sposób można celowo nastawić krzywą chłodzenia i oszczędzać energię.

Korzystnie odstęp czasu między zakończeniem ogrzewania a początkiem chłodzenia, w którym odbywa się transport ogrzanej płyty szklanej z pieca grzejnego do urządzenia do chłodzenia wynosi mniej niż 7 sekund, korzystnie mniej niż 5 sekund, tak aby okres czasu, w którym płyta szklana dzięki swobodnej konwekcji chłodzona jest tylko z małą intensywnością, co pogarsza uzyskanie dużych własnych naprężeń ściskających, był stosunkowo krótki.

W dalszej korzystnej postaci wykonania sposobu, krawędzie płyty szklanej przed ogrzewaniem są poddawane uprzednio obróbce krawędzi, a mianowicie są odkrawane, szlifowane, zaokrąglane, polerowane i/lub polerowane ogniowo.

Korzystnie też przejścia od powierzchni czołowych do powierzchni zewnętrznych płyty szklanej, które po przycięciu tworzą zwykle ostre kanty, kształtuje się w postaci faz lub z zaokrągleniami, koPL 198 059 B1 rzystnie rozciągającymi się na powierzchnie czołowe i zewnętrzne, na odległość jednej trzeciej do jednej szóstej, korzystnie jednej piątej do jednej szóstej grubości płyty. Dzięki temu zmniejsza się niebezpieczeństwo zranienia przy manipulacjach płytą szklaną i znacznie wzrasta obciążalność mechaniczna i termiczna gotowych płyt szklanych z naprężeniami wstępnymi.

W jeszcze dalszej korzystnej postaci wykonania sposobu, powierzchnie zewnętrzne gotowych płyt szklanych z naprężeniami wstępnymi poddaje się obróbce ściernej z usuwaniem dużej ilości małych wad powierzchniowych, co korzystnie prowadzi się strumieniem cząstek ściernych i przez odpowiedni dobór materiału ściernego możliwe jest także prowadzenie tej obróbki tak, że gołym okiem nie można zauważyć żadnych wad powierzchniowych. Tym sposobem obniża się także rozrzut prawdopodobieństwa pęknięcia podczas pożaru.

W innej postaci wykonania sposobu, powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej bezpośrednio po chłodzeniu zaopatruje się w powłokę, korzystnie powłokę ochronną, co prowadzi do otrzymania płyty szklanej z naprężeniami własnymi o wysokiej wytrzymałości mechanicznej, ponieważ powłoka skutecznie zapobiega uszkodzeniu powierzchni przez rysy, na przykład podczas późniejszego stosowania płyty szklanej jako szyby okiennej i zapobiega dzięki temu jej niepożądanemu osłabieniu.

Jako materiały wyjściowe do wytwarzania płyt szklanych z naprężeniami własnymi za pomocą wyżej opisanego sposobu stosuje się korzystnie płyty szklane ze szkła glinokrzemianowego, ze szkła sodowo-wapniowego, ze szkła borowo-krzemianowego lub ze szkła berylowcowo-krzemianowego. Te płyty szklane wytwarza się korzystnie metodą spływną (float), która jest znana fachowcom z dziedziny wytwarzania szkła płaskiego. Takie płyty szklane są dostępne w handlu, w dobrej cenie i o dobrej jakości.

Jako materiał wyjściowy dla sposobu przewidywane są także płyty szklane, które przynajmniej na jednej z powierzchni zewnętrznych wykazują strukturę rzeźbioną i/lub, które na przynajmniej jednej z powierzchni są całkowicie lub częściowo zadrukowane emalią lub farbami sitowymi lub mają nałożone takie farby za pomocą folii nośnikowej. W ten sposób można szczególnie ekonomicznie wytworzyć, np., elementy fasadowe z nieprzezroczystymi obszarami mocowania.

Korzystne jest ponadto stosowanie, jako materiału wyjściowego, płyt szklanych zaopatrzonych w na przynajmniej jednej powierzchni zewnętrznej całkowicie lub częściowo w powłokę, korzystnie do ochrony przed słońcem lub ciepłem lub powłokę przeciwodblaskową lub absorbującą promieniowanie dla ochrony przed ogniem.

Powłoka naniesiona jest korzystnie przynajmniej lub wyłącznie w obszarze brzegowym płyty szklanej, korzystnie jako taśma nałożona wzdłuż krawędzi brzegowych powierzchni zewnętrznych o szerokości przynajmniej 10 mm, korzystnie przynajmniej 5 mm.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania płyt szklanych z naprężeniami własnymi obejmujący przynajmniej jedną pierwszą operację wprowadzania naprężeń i jedną drugą operację wprowadzania naprężeń charakteryzujący się tym, że przynajmniej jedna z tych operacji wprowadzania naprężeń własnych korzystnie ostatnia operacja wprowadzania naprężeń własnych przeprowadzana jest według opisanego wyżej korzystnego sposobu. Pozwala to na dalsze obniżenie prawdopodobieństwa pęknięcia w przypadku pożaru płyt szklanych z naprężeniami własnymi wytworzonych tym sposobem.

Korzystnie przeprowadza się dokładnie dwie, korzystnie dwie operacje termicznego wprowadzania naprężeń własnych.

Korzystne jest także, jeśli pomiędzy ostatnią operacją wprowadzania naprężeń a poprzednią operacją wprowadzania naprężeń nie prowadzi się żadnej obróbki cieplnej w celu wyeliminowania wadliwych płyt szklanych pękających samorzutnie pod działaniem ciepła, ponieważ można dzięki temu znacznie obniżyć czas trwania procesu i koszty wytwarzania.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie płyt szklanych wytworzonych wyżej omówionym sposobem do wytwarzania szyb ognioochronnych i/lub szyb bezpiecznych do budynków i/lub pojazdów lub płyt szklanych będących materiałem wyjściowym do wytworzenia wymienionych wyżej szyb.

Dalsze korzyści i zastosowanie wynalazku staną się widoczne z następującego dalej opisu w nawiązaniu do rysunków.

Pokazują one przy tym:

Figura 1 pokazuje schematyczny wykres temperatura-czas pierwszej operacji wprowadzania naprężeń własnych według stanu techniki.

PL 198 059 B1

Figura 2 pokazuje schematyczny wykres temperatura-czas pierwszej operacji wprowadzania naprężeń własnych według wynalazku.

Figura 3 pokazuje schematyczny wykres temperatura-czas drugiej operacji wprowadzania naprężeń własnych według wynalazku.

Figura 4 pokazuje schematyczny wykres temperatura-czas trzeciej operacji wprowadzania naprężeń własnych według wynalazku.

Figura 5 pokazuje schematyczny wykres temperatura-czas czwartej operacji wprowadzania naprężeń własnych według wynalazku.

Figura 6 pokazuje schematyczny wykres temperatura-czas piątej operacji wprowadzania naprężeń własnych według wynalazku.

Zanim zostaną opisane korzystne sposoby realizacji wynalazku według Fig. 2 do 6, omówiony zostanie sposób termicznego wprowadzania naprężeń własnych według fig. 1, według stanu techniki. Generalnie w odniesieniu do figur należy zauważyć, że ten schematyczny przebieg krzywej temperatura-czas przedstawiono dla płyty o grubości 6 mm, przy czym linie ciągłe przedstawiają przebieg temperatury dla powierzchni zewnętrznych płyty szklanej a linie kropkowane przebieg temperatury w środku masy szklanej.

Figura 1 pokazuje schematyczny przebieg zależności temperatura-czas przy prostym termicznym sposobie wprowadzania naprężeń, jaki stosowany jest obecnie w przemyśle. Jak to można zauważyć, cała płyta szklana, tzn. jej powierzchnie zewnętrzne, jak też i środek masy szklanej w ciągu kilku minut ogrzewane są do temperatury blisko poniżej temperatury Littleton'a lub temperatury mięknienia TEW materiału tworzącego płytę szklaną, a więc temperatury blisko poniżej temperatury, w której materiał płyty szklanej wykazuje lepkość 10⁷'⁶ dPas, co np. w przypadku szkła sodowo-wapniowego wynosi około 680°C. Następnie płytę szklaną przez intensywne chłodzenie jej powierzchni zewnętrznych, np., przez nadmuch na nią powietrza, schładza się w krótkim czasie do temperatury otoczenia Tamb. Temperatura powierzchni zewnętrznych płyty szklanej (linia ciągła) bardzo szybko spada poniżej temperatury przemiany T_g materiału, podczas gdy temperatura środka masy szklanej (linia przerywana) początkowo spada tylko bardzo powoli tak, że do momentu, w którym temperatura środka masy szklanej spadnie poniżej temperatury przemiany Tg, między powierzchniami zewnętrznymi płyty szklanej a środkiem masy szklanej tej płyty istnieje znaczna różnica temperatur, z której powstaje po dalszym ochłodzeniu żądany stan trwałego naprężenia z naprężeniami ściskającymi w obszarze powierzchni zewnętrznych płyty szklanej i naprężeniami rozciągającymi w obszarze środka masy szklanej.

Figura 2 pokazuje schematyczny przebieg wykresu temperatura-czas przy termicznym sposobie wprowadzania naprężeń według wynalazku. Jak to wyraźnie można zauważyć, w przedstawionym sposobie zarówno powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej jak i środek masy szklanej w pojedynczej operacji ogrzewania ogrzewane są do temperatury znacznie powyżej temperatury Littleton'a wzgl. temperatury mięknienia TEW a następnie przez intensywne chłodzenie powierzchni zewnętrznych przez nadmuch lub natryskiwanie na nie środka chłodzącego w ciągu krótkiego czasu ponownie schładzane są do temperatury otoczenia, przy czym różnica temperatur między powierzchniami zewnętrznymi płyty szklanej a środkiem masy szklanej tej płyty do momentu, w którym temperatura środka masy szklanej spadnie poniżej temperatury przemiany Tg, jest większa niż w przypadku sposobu przedstawionego na Fig. 1 według stanu techniki.

Figura 3 pokazuje schematyczny przebieg wykresu temperatura-czas przy innym termicznym sposobie wprowadzania naprężeń według wynalazku. Jak to wyraźnie można z rysunku zauważyć, płyta szklana w przeciwieństwie do sposobu przedstawionego schematycznie na Fig. 2 podczas operacji ogrzewania jest ogrzewana a następnie jest chłodzona w ten sposób, że powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej na początku operacji chłodzenia wykazują temperaturę znacznie poniżej temperatury Littleton'a względnie temperatury mięknienia TEW szkła, podczas gdy temperatura środka masy szklanej w tym momencie leży bardzo blisko poniżej temperatury Littleton'a względnie temperatury mięknienia TEW szkła. Jak to można zauważyć, na początku chłodzenia dochodzi do bardzo szybkiego spadku temperatury powierzchni zewnętrznych, podczas gdy w następstwie ponownego ogrzewania temperatura środka masy szklanej jeszcze początkowo wzrasta a następnie z pewnym opóźnieniem także zaczyna spadać. Do momentu, w którym temperatura środka masy szklanej spadnie poniżej temperatury przemiany T_g materiału szklanego, temperatura powierzchni zewnętrznych płyty szklanej jest w tym przypadku jeszcze

PL 198 059 B1 niższa niż w sposobie przedstawionym na Fig. 2 tak, że w tym sposobie dają się uzyskiwać wyjątkowo wysokie własne naprężenia ściskające w powierzchniach zewnętrznych płyty szklanej.

Figura 4 pokazuje schematyczny przebieg wykresu temperatura-czas przy innym dalszym termicznym sposobie wprowadzania naprężeń według wynalazku, w którym ogrzewanie prowadzi się w dwóch następujących bezpośrednio po sobie etapach ogrzewania. Jak to wyraźnie można zauważyć z rysunku, płyta szklana w pierwszym, stosunkowo długim etapie ogrzewania w pierwszym piecu grzejnym, w którym równocześnie można ogrzewać dalsze płyty szklane, ogrzana zostaje w całym przekroju do jednorodnej temperatury, w której stosowany materiał szklany wykazuje lepkość około 10⁸ dPas. Następnie płyta jest przeniesiona do drugiego pieca grzejnego, gdzie w drugiej operacji ogrzewania w stosunkowo krótkim czasie zostanie ona ogrzana w obszarze jej powierzchni zewnętrznych do temperatury znacznie powyżej temperatury Littleton'a lub temperatury mięknienia TEW. W przybliżeniu w momencie, w którym środek masy szklanej uzyska temperaturę Littleton'a lub temperaturę mięknienia TEW, przenosi się płytę do urządzenia chłodzącego, które trwa tylko kilka sekund, a następnie prowadzi się chłodzenie płyt zewnętrznych płyty szklanej, przy którym następuje podobna sytuacja odnośnie przebiegu temperatur powierzchni zewnętrznych i środka masy szklanej jak to już opisano na fig. 3.

Figura 5 pokazuje schematyczny przebieg wykresu temperatura-czas przy jeszcze innym termicznym sposobie wprowadzania naprężeń według wynalazku, który odpowiada zasadniczo przebiegowi przedstawionemu na Fig. 3 z tą różnicą, że chłodzenie rozpoczyna się już w momencie, w którym temperatura środka masy szklanej leży w środkowym obszarze między temperaturą przemiany T_ga temperaturą Littleton'a lub temperaturą mięknienia TEW.

Figura 6 pokazuje schematyczny przebieg wykresu temperatura-czas w termicznym sposobie wprowadzania naprężeń według wynalazku, w którym prowadzi się dwie następujące bezpośrednio po sobie operacje wprowadzania naprężeń własnych, które każdorazowo obejmują jeden etap ogrzewania. Jak to można zauważyć, pierwszy etap wprowadzania naprężeń prowadzi się sposobem termicznego wprowadzania naprężeń przedstawionym na Fig. 1 z tą różnicą, że wybiera się nieco niższą temperaturę ogrzewania i przerywa się chłodzenie zaraz potem, gdy temperatura środka masy szklanej spadnie poniżej temperatury przemiany T_g i rozpoczyna się następnie ogrzewanie do drugiej operacji wprowadzania naprężeń. Drugą operację wprowadzania naprężeń prowadzi się zasadniczo według sposobu przedstawionego na Fig. 3.

Podczas gdy w niniejszym zgłoszeniu opisane zostały korzystne postaci wykonania wynalazku, wynalazek nie jest ograniczony tylko do tych postaci wykonania i może być realizowany w inny sposób w zakresie wynalazku objętym następującymi dalej zastrzeżeniami.

Claims

1. Sposób termicznego wprowadzanianaprężeń własnych do płyt szklanych obejmujący oc^rr^trwanie płyty szklanej do temperatury powyżej temperatury, w której materiał tworzący płytę wykazuje lepkość 10¹³ dPas i bezpośrednio po tym chłodzenie powierzchni zewnętrznych ogrzanej płyty szklanej, w celu uzyskania trwałych ściskających naprężeń własnych na powierzchniach zewnętrznych po ochłodzeniu płyty szklanej, znamienny tym, że płyta szklana po zakończeniu ogrzewania i/lub na początku chłodzenia wykazuje przynajmniej w obszarze powierzchni zewnętrznych temperatury, które odpowiadają temperaturze, w której materiał tworzący płytę szklaną wykazuje lepkość między 10⁷·^{6 dp}as a ¹⁰® ^dpas.

2. Sposób wedługzastrrz. 1, znamiennytym, że p^a szManapo zakończeń iu og rzewaniai/lub przed rozpoczęciem chłodzenia w całym przekroju wykazuje temperatury zasadniczo takie same lub wyższe od temperatury, w której materiał tworzący płytę szklaną wykazuje lepkość 10^7O dPas a w szczególności, że po zakończeniu ogrzewania lub przed rozpoczęciem chłodzenia w całym przekroju wykazuje zasadniczo jednorodną temperaturę.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewanie płyty szklanej prowadzi się w dwóch lub więcej etapach ogrzewania a w szczególności, że przeprowadza się przynajmniej dwa etapy ogrzewania w różnych komorach grzejnych urządzenia do wprowadzania naprężeń własnych.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że w etapie ogrzewania, który poprzedza ostatni etap ogrzewania ogrzewa się płytę, w szczególności równomiernie w całym przekroju do temperatury niższej niż w następującym bezpośrednio po nim ostatnim etapie ogrzewania, a w szcze8

PL 198 059 B1 gólności, że płytę szklaną w etapie ogrzewania poprzedzającym ostatni etap ogrzewania ogrzewa się do temperatury niższej od temperatury, w której materiał tworzący płytę szklaną wykazuje ^le^pko^ść 10^{13 dp}as.

5. Sposób według zasttz. 3 lub 4, znamienny tym, że w etapie ogrzewania, który poprzedza ostatni etap ogrzewania, ogrzewa się płytę równomiernie w całym przekroju do temperatury, w której materiał tworzący płytę szklaną wykazuje lepkość 10⁸ dPas a następnie w ostatnim etapie ogrzewania w obszarze jej powierzchni zewnętrznych ogrzewa się do temperatury, w której materiał tworzący płytę szklaną wykazuje lepkość 10^7,6 dPas.

6. Sposób według zas-trz. 1, znamienny tym, że powierzchnie zewnętrzne ppyyy szklanej po zakończeniu ogrzewania lub przed rozpoczęciem chłodzenia wykazują znacznie wyższe temperatury niż środek masy szklanej.

7. Sposób według zassrz. 6, tym, że po zakończeniu ogrzewania l/lub przed rozpoczęciem chłodzenia powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej wykazują temperatury wyższe a środek masy szklanej wykazuje temperaturę niższą niż temperatura, w której materiał tworzący płytę szklaną wykazuje lepkość 10^7O dPas.

8. Sposób według z^^sr^. 1, znamienny tym, że chłodzenie prowaddi się w ten s|^o^<5t^, że na powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej nadmuchuje się lub natryskuje się gazowy i/lub płynny środek chłodzący, w szczególności zimne powietrze i/lub mieszaninę powietrze/woda.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że podczas chłodzenia zmienia się strumień masowy lub objętościowy i/lub skład środka chłodzącego.

10. Sposób według zas^z. 8 lub 9, znamienny tym. że nadmuch lub nati-ysk powierzchni zewnętrznych prowadzi się okresowo gazowym i/lub płynnym środkiem chłodzącym.

11. Sposób według zas^z. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, znamienny tym, że między zakończeniem ogrzewania a początkiem chłodzenia upływa mniej niż 7 sekund, w szczególności mniej niż 5 sekund.

12. Sposób według 1, znamienny tym, że ppzed ogrzewaniem kkawędzże ρ^γ sz^ance poddaje się obróbce, w szczególności przez odłamanie, szlifowanie, zaokrąglanie, polerowanie i/lub polerowanie ogniowe.

13. Sposób wedługzastrrz. 12, znamiennytym, że przejścia powie ezch niami czołowymi a powierzchniami zewnętrznymi podczas obróbki krawędzi kształtuje się w postaci faz lub postaci zaokrąglonej, w szczególności rozciągających się na powierzchnie czołowe i zewnętrzne, na odległość jednej trzeciej do jednej szóstej, korzystnie jednej piątej do jednej szóstej grubości płyty szklanej.

14. Sposób według zasSz. 1albo 2, albo 3, albo 4, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 12, albo 13, znamienny tym, że powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej po chłodzeniu poddaje się obróbce ściernej, w szczególności obróbce strumieniem cząstek ściernych, w szczególności w ten sposób, że gołym okiem nie można zobaczyć żadnych zniszczeń powierzchni zewnętrznej szkła.

15. Sposób według zas^z. 1albo 2, albo 3, albo 4, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 12, albo 13, znamienny tym, że powierzchnie zewnętrzne płyty szklanej po chłodzeniu powleka się powłoką.

16. Sposób według zasSz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 12, albo 13, znamienny tym, że jako materiał wyjściowy stosuje się płyty szklane ze szkła glinokrzemianowego, ze szkła sodowo-wapniowego, ze szkła borowokrzemianowego lub ze szkła metali ziem alkalicznych krzemianów, w szczególności wytwarzane metodą spływną (float).

17. Sposób według zasSz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 12, albo 13, znamienny tym, że jako materiały wyjściowe stosuje się płyty szklane, które na przynajmniej jednej powierzchni wykazują reliefową strukturę powierzchni.

W. Sposób według zassz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 12, albo 13, znamienny tym, że jako materiały wyjściowe stosuje się płyty szklane, które na przynajmniej jednej powierzchni całkowicie lub częściowo zadrukowane są emalią lub farbą sitodrukową, lub na które nałożono takie farby za pomocą folii nośnikowej.

W. Sposób według zasSz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 12, albo 13, znamienny tym, że jako materiały wyjściowe stosuje się płyty szklane, które na przynajmniej jednej powierzchni całkowicie lub częściowo pokryte są powłoką, w szczególności powłoką chroniącą przed słońcem lub ciepłem lub powłoką odblaskową lub absorbującą promieniowanie do ochrony przed pożarem.

PL 198 059 B1

20. Sposób według zastrz. 19. znamienny tym, że powłoka naniesiona jest przynajmniej lub wyłącznie w obszarze brzegowym płyty szklanej, w szczególności w postaci taśmy nałożonej wzdłuż krawędzi brzegowych powierzchni zewnętrznych o szerokości przynajmniej 10 mm, korzystnie przynajmniej 5 mm.

21. Sposób wytwarzaniapłyt szklanych z naprężę nia mi własnymi obeemujący przynajmniej jedną pierwszą i jedną drugą operację wprowadzania naprężeń, znamienny tym, że przynajmniej jedną operację wprowadzania naprężeń, w szczególności ostatnią operację wprowadzania naprężeń przeprowadza się sposobem określonym w zastrz.1-20.

22. Sposób według zas^z. 21, znamiennytym, że prowadzż się dokładnie dwie operacje wprowadzania naprężeń a w szczególności, że pomiędzy tymi operacjami nie przeprowadza się żadnej obróbki cieplnej w celu wyeliminowania wadliwych płyt szklanych pękających samorzutnie pod wpływem ciepła.

23. Zastosowanie p^lt szkanych wytworzonych sposobem określonym w zastrzeżeniach 1-22 do wytwarzania szyb ognioochronnych i/lub szyb bezpiecznych do budynków i/lub pojazdów lub płyt szklanych będących materiałem wyjściowym do wytworzenia wymienionych wyżej szyb.