Uprawniony z patentu: Pilkington Brothers Limited, Liverpool (Wielka Brytania) Sposób hartowania cienkiego szkla Wynalazek dotyczy sposobu hartowania szkla, zwlaszcza hartowania szkla cienkiego.Projektowanie nowych typów samochodów posia¬ da tendencje do stosowania coraz to wiekszych ilo¬ sci szkla w nadwoziu pojazdu. W zwiazku z tym wystepuje zagadnienie obnizenia ciezaru pojazdu przez zastosowanie cienkiego szkla. Gdy grubosc szkla uzytego na przyklad do szyby przedniej, swiatla tylnego lub swiatel bocznych zmodernizo¬ wanego pojazdu jest zmniejszona, wówczas wytrzy¬ malosc szkla musi byc utrzymana i stopien harto¬ wania szkla musi zapewniac bezpieczenstwo w wy¬ padku jego rozbicia. W szczególnosci szyba prze¬ dnia, stanowiaca pojedynczy arkusz szkla lub ze¬ staw laminatu szklanego z dwumilimetrowego szkla, musi odpowiadac normalnym warunkom bezpie¬ czenstwa. Szklo takie powinno wykazywac jak naj¬ wieksza przejrzystosc. W przypadku rozbicia szyby przedniej przez ostry przedmiot, na przyklad ka¬ mien, wskazane jest, aby uderzenie w zewnetrzna powierzchnie przedniej szyby spowodowalo rozbi¬ cie jej na male czasteczki bezpieczne rozpadajace sie.Znane jest z austriackiego opisu patentowego nr 197980 hartowanie szkla polegajace na zanurzeniu szkla w oleju, który posiada zaplon nie mniej niz przy 200°C, a lepkosc wynoszaca 52 centystoksów przy 100°C. Na podstawie przeprowadzonych ba¬ dan nalezy stwierdzic, ze lepkosc stosowanych ole¬ jów lezy ponizej 5,2 centystoksów przy 38°C, co stanowi znacznie nizsza lepkosc w porównaniu do wynalazku. Znane jest takze ze szwajcarskiego opi¬ su patentowego nr 229574 hartowanie szkla w mie¬ szaninie oleju, których wartosci dotyczace lepkosci nie mieszcza sie w zakresie dotyczacym wynalazku.We francuskim opisie patentowym nr 831122 opi¬ sano hartowanie szkla posiadajacego stosunek wy¬ trzymalosci powierzchniowej do wytrzymalosci warstw srodkowych szkla wynoszacy 2,5 : 1,0. Gru¬ bosc otrzymanego przy tym szkla wynosi 4,25 mm, co znacznie wykracza poza zakres zgodnie z wy¬ nalazkiem.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu har¬ towania cienkiego szkla, w wyniku którego otrzy¬ muje sie szklo, które w przypadku zderzenia z ma¬ lym przelatujacym przedmiotem, na przyklad ka¬ mieniem, rozbija sie w duze kawalki. Natomiast w przypadku zderzenia z wiekszym przedmiotem, na przyklad glowa ludzka, szklo to bedzie rozbija- 20 lo sie w drobne kawalki. Wynalazek ten jest opar¬ ty na zjawisku szybkiego chlodzenia szkla w sro¬ dowisku odpowiednich olejów. W cienkim, goracym arkuszu szkla powstaje naprezenie rozciagajace.Natomiast stosunek powierzchniowego naprezenia sciskajacego do srodkowego naprezenia rozciagaja¬ cego zapewnia konieczna calkowita wytrzymalosc szkla, a zatem pozwala na zastosowanie go jako szyby przedniej pojazdu.Cel wynalazku osiagnieto w sposobie hartowania szkla o grubosci zawartej od 0,5 mm do 2,5 mm 10 15 25 80 7753 80 775 4 przez to, ze szklo ogrzewa sie do temperatury bli¬ skiej jego miekniecia, ochladza sie olejem o lep¬ kosci w granicach 300 do 1000 centystoksów przy temperaturze 38°C i temperaturze zaplonu w gra¬ nicach 220° do 310°C, przy czym temperatura oleju jest utrzymywana w zakresie 150°C do 240°C dla osiagniecia w szkle powierzchniowego naprezenia sciskajacego w stosunku do srodkowego naprezenia rozciagajacego w zakresie 1,5 : 1 do 3,5 : 1.Szczególnie dobre rezultaty osiaga sie, gdy szklo o grubosci w granicach od 0,5 mm do 2,5 mm, ogrzane do temperatury bliskiej jego miekniecia, ochladza sie za pomoca wybranego oleju, utrzy¬ mywanego w zakresie 150°C do 240°C. Wybrany olej posiada lepkosc w zakresie od 300 do 1000 cen- tystoksów przy 38°C i temperaturze zaplonu w za¬ kresie od 220°C do 310°G, przy czym uzyskuje sie w szkle srodkowe naprezenie rozciagajace w za¬ kresie 285 kG/cm* do 460 kG/cmf, a stosunek po¬ wierzchniowego naprezenia sciskajacego do srod¬ kowego naprezenia rozciagajacego miesci sie w na¬ kresle 1,5 : 1 do 3,5 : 1.Zgodnie z wynalazkiem wskazane jest, aby szkla, które maja byc hartowane, byly sodowo-wapniowo- -krzemowe. Szklo sodowo-wapniowo-krzemowe jest ogrzewane do temperatury w granicach 600°C do 740°C. Szklo mozna tez hartowac w temperatu¬ rze bliskiej jego temperatury miekniecia, chlodzac je w oleju, którego lepkosc miesci sie w zakresie 300 do 1000 centystoksów przy 38ÓC i temperaturze zaplonu 220°C do 310°C. Temperature oleju utrzy¬ muje sie w zakresie 150°C do 240°C uzyskujac w szkle stosunek powierzchniowego naprezenia sciska¬ jacego do srodkowego naprezenia rozciagowego w zakresie 2,5 : 1 do 3,5 : 1.Szkla wytwarzane powyzszym sposobem mozna stosowac dla laminowania wraz z innym arkuszem szkla, na przyklad z arkuszem 2 mm podobnie za- . hartowanego szkla przeznaczonego dla wykonania przedniej szyby samochodu.Szklo o gubosci 2 mm wytworzone sposobem we¬ dlug wynalazku peka w ksztalcie gwiazdy od ude¬ rzenia przelatujacym przedmiotem, na przyklad ka¬ mieniem i kruszy sie na male czasteczki od ude¬ rzenia przez duzy przedmiot, nasladujacy ludzka glowe.Sposób wedlug wynalazku jest dokladnie wyjas¬ niony na podstawie jego przykladów wykonania.W kazdym z tych przykladów opisany ponizej, cien¬ ki arkusz szkla o wymiarach na przyklad 30 X 30 cm hartuje sie przez szybkie ochlodzenie w odpo¬ wiednim oleju. Najlepszy zakres dla poczatkowej temperatury szkla wynosi 600 do 74Q°C. Stwierdzo¬ no, ze wskaznik pekniec szkla zalezy od jego po¬ czatkowej temperatury. Najbardziej odpowiednia jest temperatura srednia w podanym zakresie. W wielu przykladach szklo zostalo ogrzane do okolo 700°C, a nastepnie ochlodzone w mozliwie krótkim czasie w kapieli olejowej. W kazdym przykladzie uzywa sie olej swiezy, czysty, podgrzany i podle¬ gajacy stalej cyrkulacji w zbiorniku, przy czym temperatura oleju jest utrzymywana w zakresie 150 do 240°C, najkorzystniej 200°C. Lepkosc oleju i jego struktura posiada wplyw na naprezenie wy¬ twarzane w szkle. Im bardziej jest olej lepki, tym wyzsze jest naprezenie wytworzone w szkle. Na ogól bardziej lepkie oleje posiadaja wyzsza tempe¬ rature zaplonu i dla stosowania w sposobie wedlug b wynalazku okresla sie lepkosc i temperature zaplo¬ nu oleju. Obydwa te czynniki maja wplyw na po¬ czatkowa temperature wrzenia pierwszego desty¬ latu i w ten sposób sa wskazaniem dla struktury wybranych olejów. Wymagany wspólczynnik pe¬ kniec i srodkowego naprezenia rozciagajacego jak równiez wymagany stosunek powierzchniowego sci¬ skajacego naprezenia do srodkowego naprezenia rozciagajacego moze byc wytworzony przez wybra¬ nie olejów, których lepkosc miesci sie w granicach 300 do 1000 centystoksów przy 38°C, i którego tem¬ peratura zaplonu lezy w zakresie 220 do 310°C.Przed ogrzaniem szkla korzystna jest wstepna ob¬ róbka krawedzi szkla.Wykonczenie szkla w celu uzyskania polysku uzyskuje sie w ten sposób, ze szklo obrabia sie pasem pokrytym karborundem, a nastepnie wy¬ kancza sie krawedzie za pomoca pasa korkowego nasyconego czerwienia cerowa. Arkusz cienkiego szkla przeznaczonego do hartowania zwiera sie za pomoca kleszczy w pionowym piecu z wylotem umieszczonym w jego dolnej czesci. Szklo ogrzewa sie do poczatkowej temperatury w zakresie 600 do 740°C i wówczas zbiornik z olejem chlodzacym, który utrzymuje sie w temperaturze w zakresie 150 do 240°C podnosi sie tak blisko jak to jest mozli¬ we do wylotu pieca, a zawieszone gorace szklo opuszcza sie do kapieli olejowej. Szybkosc opu¬ szczania jest kontrolowana i utrzymuje sie ja na wysokosci 30 cm/sek. Powoduje to szybkie chlo¬ dzenie szkla, az do temperatury oleju. Pozadane naprezanie wytwarza sie w szkle w czasie osia¬ gania przez nie temperatury oleju.Tabela podana przedstawia pewna ilosc przy¬ kladów naprezen otrzymanych dzieki chlodzeniu plyty szklanej w wybranym oleju. We wszystkich przykladach plyta miala wymiary 30 X 30 cm.Plyte ogrzewalo sie do temperatury poczatkowej podanej w tabeli, nastepnie opuszczalo sie z kon¬ trolowana szybkoscia 30 cm/sek do zbiornika ze swiezym olejem utrzymywanym w temperaturze po¬ danej w tabeli. Grubosc szkla, poczatkowa tempe¬ ratura szkla i temperatura oleju byly zmieniane w calym przedziale przytoczonych wyzej zakresów.Wybrano trzy rózne oleje, podane w tabeli w kaz¬ dym przykladzie. Olej Cylrex 200 M (Mobil Pil Company) ciezki naftalenowy o temperaturze za¬ plonu 305°C, lepkosci 974 centystoksów przy 38°C.Nastepnym wybranym olejem byl Cykex PM (Mo¬ bil Oil Company) — lekki olej posiadajacy tempe¬ rature zaplonu 275°C i lepkosc 640 centystoksów przy 38°C. Trzeci olej Vacuoline AA (Mobil Oil Company) jest tez lekkim olejem o temperaturze zaplonu 225°C i lepkosci w zakresie od 310 do 342 centystoksów przy 38°C. Sposoby zastosowane do okreslenia wartosci wspólczynników pekniec, srod¬ kowych naprezen rozciagajacych i stosunek po¬ wierzchniowego naprezenia sciskajacego do srodko¬ wego naprezenia rozciagajacego przytoczone w ta¬ beli beda opisane ponizej.Arkusz zahartowanego szkla, bedacy przedmio- 15 10 25 30 35 40 45 50 5580775 tern próby, zostal umieszczony na parze nozy mier¬ niczych, a stale wzrastajace obciazenie zostalo przy¬ lozone do podobnej pary nozy mierniczych umiesz¬ czonych w poblizu srodkowego punktu arkusza szkla.Wspólczynnik pekniec odpowiadajacy efektywne¬ mu naprezeniu niszczacemu po wypuklej powierz¬ chni szkla w czasie naprezenia, zostal wyliczony na podstawie przylozonego obciazenia w momencie rozbicia oraz przekroju poprzecznego arkusza szkla¬ nego. Srodkowe naprezenie rozciagajace w arku¬ szu hartowanego szkla zostalo zmierzone przyrza¬ dem skonstruowanym przez firme Triplex Safety Glass Company Limited. Przyrzad zostal uzyty do przeprowadzania promienia spolaryzowanego swia¬ tla pod dotykajacym go katem, az do podstawowej powierzchni arkusza szklanego w taki sposób, ze promien wychodzi poprzez srodkowa powierzchnie obwodowej krawedzi arkusza. Promien opuszcza¬ jac krawedz obwodowa jest analizowany przez kompensator Babinet, a srodkowe naprezenie roz¬ ciagajace w arkuszu jest otrzymane przez obser¬ wacje nachylenia obwódek utworzonych w pro¬ mieniu i przez porównanie tego nachylenia z po¬ przednio ustalonymi wzorcami. 10 15 20 25 katem krytycznym, który jest okreslony z góry przez wskaznik zalamania, podany przy czesciach skladowych przyrzadu, przy czym promien prze¬ suwa sie tuz przy powierzchni arkusza i równole¬ gle do niej. Naprezenie sciskajace w powierzchni arkusza jest zalezne od róznicy wskazników zala¬ mania dla swiatla spolaryzowanego prostopadle do plaszczyzny padania. Swiatlo, które wychodzi z po¬ wierzchni, jest analizowane, aby dac pomiar po¬ wierzchniowego naprezenia sciskajacego w arku¬ szu szkla.Przyklady te pokazuja, ze hartowane szkla o mniejszej grubosci chlodzi sie w oleju ciezszym lub bardziej lepkim. Podobnie, im bardziej grube jest szklo lub wyzsza poczatkowa temperatura, tym wiekszy jest wspólczynnik pekniec. Dlatego sposób hartowania cienkiego szkla posiadajacego grubosc w zakresie 0,5 do 2,5 mm jest lepszy w porówna¬ niu z dotychczasowymi. Najbardziej skuteczna przy wytwarzania kontrolowanego hartowania cienkiego szkla jest selekcja poszczególnych olejów dla prze¬ prowadzenia chlodzenia goracego szkla.Stosuje sie tylko swieze oleje, które cyrkuluje sie stale w zbiorniku chlodzacym. W ten sposób osia¬ ga sie w szkle dokladnie preferowane srodkowe Przy¬ klad Nr 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 14 15 16 17 18 18 Grubosc szkla w mm 2 0,5 0,5 0,5 1,« 2 2 2 2 2 2 2 2,25 2,50 2,50 2,50 Temperatu¬ ra szkla w °C 3 740 700 700 700 685 720 _ 660 660 670 600 630 650 675 700 685 650 700 650 650 Tabel Typ oleju MobilOil Company 4 Cylrex 200M Cylrex FM Vacuoline AA Cylrex 200M Cylrex FM Cylrex FM Vacuoline AA yacuoline AA Cylrex 200M Cylrex FM Cylrex FM Cylrex FM Cylrex FM Cylrex 200M Vacuoline AA Cylrex FM Vacuoline AA Cylrex 200M Cylrex FM a przykladów Tempe¬ ratura oleju w °C 5 150 240 200 200 220 175 150 150 200 225 225 225 220 200 150 225 200 240 200 Wspólczyn¬ nik pekniec w kG/cml 6 1680 1450 1550 1550 1680 1750 1650 1600 2000 1360 1500 1700 1750 1750 2000 2000 2100 2100 2100 Srodkowe naprezenie rozciagajace w kG/cm* 7 390 300 300 350 390 420 320 350 450 285 350 400 420 420 450 450 460 460 460 Stosunek powierzchnio¬ wego naprezenia sciska¬ jacego do srodkowego naprezenia rozciagajace¬ go 8 | 2,5 2,5 3 3 3 3 3 3,5: 3,5' 1,6 2 . 2,5: 3 3 : 3 2,5 3,5: 3,5: 3,5: :1 :1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 [ Powierzchniowe naprezenie sciskajace arkusza szklanego, w celu obliczenia stosunku powierzchnio¬ wego naprezenia sciskajacego do srodkowego na¬ prezenia rozciagajacego jest otrzymane przez rózni¬ cowe wyznaczenie powierzchni za pomoca refrakto- metra skonstruowanego przez Pittsburgh Plate Glass Company. Za pomoca tego przyrzadu pro¬ mien spolaryzowanego swiatla jest zalamany na podstawowa powierzchnie arkusza szklanego pod naprezenie rozciagajace w zakresie 285 do 460 kG/cm*. Stosunek powierzchniowego sciskajacego naprezenia do srodkowego naprezenia rozciagaja- '•• cego wynosi 1,5 :1 do 3,5 :1. Zapewnia to koniecz-? - na wytrzymalosc szkla pozwalajaca na wbudo¬ wanie do pojazdów mechanicznychlub tez uzycie w pomieszczeniach, na przyklad do szklenia bu¬ dynków mieszkalnych, tam gdzie potrzebna jest po- ** dobna wytrzymalosc, a w szczególnosci stosuje sie7 80 775 8 przy produkcji laminatów szyb przednich. Zewne¬ trzny arkusz zahartowanego szkla peka bez utraty pola widzenia, jesli zostanie uderzony przez ostry kamien lub przez glowe pasazera i rozpada sie na male czasteczki, które ani nie powoduja okalecze¬ nia pasazerów, ani nie wymagaja przekladek mie- dzywarstwowych w laminacie. PL