WO2002008130A1

WO2002008130A1 - Glaskörper

Info

Publication number: WO2002008130A1
Application number: PCT/EP2001/006171
Authority: WO
Inventors: Horst Schillert; Ralf Bauenfeind; Dirk Rössler; Hendrik Alfter
Original assignee: Schott Glas; Carl-Zeiss-Stiftung Trading As Schott Glas; Carl-Zeiss-Stiftung
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-01-31
Also published as: DE10035573A1; AU2001272440A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines zwei- oder dreidimensionalen Glaskörpers. Zur Steigerung der mechanischen und der thermischen Festigkeit wird ein solcher Rohkörper gemäss der Erfindung wie folgt hergestellt: es wird ein Glas-Rohkörper hergestellt; der Rohkörper wird einer Aufheizung unterzogen, in der er auf eine Temperatur gebracht wird, die oberhalb des Transformationspunktes des betreffenden Glases liegt; der Rohkörper wird wieder abgekühlt; die Abkühlung erfolgt mittels einer flächig wirkenden Luftdusche; Anordnung und Luftdurchsatz der Luftdusche sowie der Abstand zwischen zu beblasenden Flächen des Rohkörpers und den Düsen der Luftdusche werden derart bemessen, dass eine gleichmässige Abfuhr der Wärme des Rohkörpers (2) erfolgt.

Description

Glaskörper

Die Erfindung betrifft die Herstellung von zwei- oder dreidimensionalen Glaskörpern, insbesondere von Waschbecken aus Glas.

In letzter Zeit erfreuen sich Glasgegenstände im Badbereich zunehmender Beliebtheit, begünstigt durch interessante Formgestaltungen, glatte Oberflächen sowie Möglichkeiten der Farbgebung. Ein Nachteil besteht jedoch in der geringen Festigkeit. Die thermische und die mechanische Festigkeit sind relativ gering, so daß die betreffenden Gegenstände den

Beanspruchungen der Praxis häufig nicht standhalten. Bei einer Zerstörung, beispielsweise durch mechanische Einwirkung, kommt es zur Bildung spitzer oder dolchartiger Splitter mit erheblicher Verletzungsgefahr für den Benutzer.

Bei Glaswaschbecken können thermische Temperaturunterschiede zu einem Zerspringen des Glases führen. Dies tritt bereits dann ein, wenn kurzfristige Temperaturunterschiede von mehr als 40° auftreten. Beim täglichen Gebrauch ist auch die Gefahr relativ groß, daß harte Gegenstände unabsichtlich auf die Glasoberfläche aufprallen, beispielsweise durch Anstoßen einer Waschmaschine am Waschbecken, oder durch Aufschlagen eines Cremetiegels oder dergleichen.

All diese Nachteile führen häufig dazu, daß*man sich trotz der genannten Vorteile des Materiales Glas für einen anderen Werkstoff entscheidet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem sich zwei- oder dreidimensionale Glaskörper herstellen lassen, die eine im Vergleich zu bekannten Glaskörpern bedeutend höhere thermische und mechanische Festigkeit aufweisen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe haben die Erfinder einen neuen Weg beschriften. Demgemäß schlagen sie vor, dem vorgeformten Glaskörper während einer gewissen Zeitspanne Wärme zuzuführen, und zwar bis über den Transformationspunkt (Erweichungspunkt) hinaus, und anschließend den Glaskörper wieder abzukühlen. Dabei ist entscheidend, daß die Abkühlung sanft erfolgt, und sich über einen längeren Zeitraum erstreckt. Entscheidendes Element ist hierbei eine Luftdusche. Durch die - nach dem

Erschmelzen und Ausformen des Glaskörpers - erneute Temperaturbehandlung wird erreicht, daß die mechanische und thermische Festigkeit auf etwa das Drei- bis Vierfache jener Festigkeit steigt, die der Glaskörper ohne die erfindungsgemäße Behandlung haben würde. Es werden somit hohe Anforderungen erfüllt, die eine Verwendung von Glas am Bau besonders geeignet machen.

Ein wesentlicher Schritt ist somit die Erwärmung über den Transformationspunkt hinaus. Diese Erwärmung braucht nur eine relativ geringe Zeitspanne anzuhalten, und nur bei einigen wenigen Grad Celsius über dem Transformationspunkt zu liegen. Die Art der Wärmequelle ist dabei weitgehend frei wählbar. So kommen Gasöfen, Elektroofen, Laserbeheizungsanlagen, Mikrowellenanlagen oder Anlagen mit IR- Strahlung in Betracht.

Wichtig ist auch die Art der Unterstützung des vorgeformten, zu behandelnden Glaskörpers. Als Auflagekörper für einen dreidimensionalen Glaskörper kommen insbesondere ringförmige Unterstützungen in Betracht. Bei kugeligen Glaskörpern bieten sich Unterstützungen mit kreisringförmigen Auflageflächen an. Es kommt dabei zu einer

Unterstützung des Glaskörper entlang einer Kreislinie. Auch punktförmige Unterstützungen kommen in Betracht. Hierbei ist jedoch die höhere Flächenpressung zu beachten, die ein gewisses Maß nicht überschreiten soll.

Der Prozeß ist geeignet für Gläser jeglicher Art. So kommen vor allem Kalk- Natron-Gläser ab einer Dicke von mehr als 4 mm in Betracht. Die Größe des Glaskörpers spielt keine Rolle. Der Durchmesser kann beispielsweise 200 mm oder 1000 mm aufweisen. Die Form des Glaskörpers kann sphärisch, parabolisch, zylindrisch oder andersartig sein.

Die Dauer der Temperatureinwirkung hängt ab von der Glasdicke, der Größe des Körpers, der Geometrie und gegebenenfalls auch seiner Farbe.

Die Dauer und die Temperatur während der Heizphase sollten derart gewählt werden, daß keine unzulässigen Verformungen des Glaskörpers eintreten.

Es empfiehlt sich, den Glaskörper während der Heizphase ständig in Rotation zu versetzen. Dies macht man am besten dadurch, daß man den Stütz- oder Tragkörper um seine eigene Achse umlaufen läßt.

Die anschließende Abkühlung erfolgt mit einer Luftdusche. Die Luftdusche dient der gezielten und gleichmäßigen Abführung von Wärme von den Glasoberflächen. Dabei sind Anordnung, Abstand zwischen Luftdüse und Oberfläche des Glaskörpers sowie Luftdurchsatz auf die Geometrie des

Glaskörpers abzustimmen.

Der Prozeß der Abkühlung sollte bei dünnen Gläsern etwas schneller als bei dickeren geschehen, damit sich eine optimale Druck-Vorspannung an den Glas-Außenflächen aufbauen kann. Durch^' die erfindungsgemäße thermische Vorspannung werden die verwendeten Gläser zu einer Art Sicherheitsglas umgewandelt. Sie sind wesentlich widerstandsfähiger gegen Stoß-, Schlag- und Biegebeanspruchungen sowie gegen thermische Belastungen.

Beim Teil-Vorspannungsprozeß werden die Glaskörper auf etwa über 100°C über die Transformationstemperatur erwärmt, und anschließend mit Kaltluft abgeschreckt. Durch diese Behandlung werden die Glasoberflächen gewissermaßen eingefroren. Dies bedeutet, daß eine Druck-Vorspannung aufgebaut wird. Die Oberflächen stehen unter Druckspannungen, während das Innere des Glaskörpers unter Zugspannungen steht.

Sollte in der Praxis ein derart behandelter Glaskörper dennoch den Belastungen nicht standhalten, beispielsweise durch Beschädigungen der Kanten an der Oberfläche, so führt dies zu einem Aufheben des

Spannungsverhältnisses. Das Glas zerfällt in eine Vielzahl kleiner Stücke, die mehr oder weniger lose zusammenhängen.

Jedenfalls hat durch die hohe mechanische und thermische Belastbarkeit sowie durch das charakteristische Bruchverhalten ein erfindungsgemäß behandeltes Glas ein ganz sicheres Bruchverhalten, im Gegensatz zu normal gekühltem Glas. Es werden hierdurch völlig neue Einsatzgebiete für Glaskörper erschlossen, und somit das Anwendungsgebiet insgesamt erweitert.

Die Herstellung des Rohkörpers kann mittels aller klassischen Verfahren durchgeführt werden. Es kommen das Herstellen durch Blasen oder das Herstellen im Senkverfahren in Betracht. Bei dem Senkverfahren wird zunächst ein im wesentlichen flächiges Erzeugnis aus Glas hergestellt, und diesem Erzeugnis sodann durch entsprechende Behandlung, beispielsweise mittels Druck oder Unterdruck, die hohle Form verliehen. Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Glasschale als dreidimensionalen Körper.

Figur 2 veranschaulicht in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Abkühlen sowie einen abzukühlenden halbkugeligen Körper.

Die in Figur 1 dargestellte Schale 1 besteht aus Glas. Sie wurde hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Schale weist einen im wesentlichen ebenen Boden 1.1 auf. Sie weist ferner eine Umfangswand 1.2 auf, die im wesentlichen der Kontur eines Autoreifens entspricht.

In Figur 2 erkennt man wiederum einen dreidimensionalen Glaskörper 1. Dieser ist genau halbkugelförmig.

Man erkennt ferner eine Kühleinrichtung 2. Diese umfaßt drei Elemente, nämlich eine obere Kühleinrichtung 2.1 sowie zwei untere

Kühleinrichtungen 2.2, 2.3. Die Kühleinrichtungen weisen Außenflächen auf, die dem Glaskörper 1 zugewandt sind. Siehe die Außenflächen 2.1.1 , 2.2.1 und 2.3.1. Diese Außenflächen weisen Bohrungen auf. Die Heizeinrichtungen 2.1 , 2.2, 2.3 sind hohl. Der Innenraum weist jeweils einen hier nicht dargestellten Druckluftanschluß auf. Der Druckluftanschluß steht mit den genannten Bohrungen in leitender Verbindung, so daß zum gegebenen Zeitpunkt Luftstrahlen austreten, die durch Pfeile veranschaulicht sind.

Die genannten Außenflächen 2.1.1 , 2.2.1 , 2.3.1 sind ebenfalls sphärisch, genau wie der Glaskörper 1 selbst. Die Heizeinrichtungen sind an den Glaskörper 1 derart heranfahrbar, daß der Abstand zwischen der Außenfläche der betreffenden Heizeinrichtung einerseits und der anzublasenden Fläche des Glaskörpers 1 andererseits an jeder Stelle gleich groß ist.

Hätte der Glaskörper 1 eine andere Kontur und wäre beispielsweise als Ellipsoid gestaltet, so wären die Außenflächen der Heizeinrichtung ebenfalls ellipsoid zu gestalten.

In den geschilderten Fällen wird somit zum Zwecke des Kühlens ein gleicher Abstand zwischen den genannten Flächen hergestellt. Es ist jedoch auch denkbar, von diesem Prinzip abzuweichen. Sind die Heizeinrichtungen mit ihren Blasflächen derart gestaltet, daß kein konstanter Abstand zu den anzublasenden Flächen des Glaskörpers 1 besteht, so könnte dies kompensiert werden, beispielsweise durch einen entsprechenden Durchsatz durch die Blasdüsen, oder durch eine größere Anzahl von Blasdüsen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines zwei- oder dreidimensionalen Glaskörpers, insbesondere eines Waschbeckens, mit den folgenden Verfahrensschritten:

1.1 es wird ein Glas-Rohkörper hergestellt;

1.2 der Rohkörper wird einer Aufheizung unterzogen, in der er auf eine Temperatur gebracht wird, die oberhalb des Transformationspunktes des betreffenden Glases liegt; 1.3 der Rohkörper wird wieder abgekühlt;

1.4 die Abkühlung erfolgt mittels einer flächig wirkenden Luftdusche;

1.5 Anordnung und Luftdurchsatz der Luftdusche sowie der Abstand zwischen den zu beblasenden Flächen des Rohkörpers und den Düsen der Luftdusche werden derart bemessen, daß eine gleichmäßige Abfuhr der Wärme des Rohkörpers (2) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizphase zwischen einer und zehn Minuten dauert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur, auf die der Rohkörper während der Aufheizphase gebracht wird, zwischen 500 und 1000° C liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlphase zwischen einer und zehn

Minuten dauert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohkörper wenigstens während der Aufheizphase in Umdrehung versetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohkörper wenigstens während der Aufheizphase von einem Stützkörper getragen wird, der derart gestaltet ist, daß eine im wesentlichen linienförmige Unterstützung des Rohkörpers erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufheizphase und/oder während der Abkühlphase heiße bzw. kalte Luft auf den Rohkörper aufgeblasen wird, und daß hierbei die Luftdurchsätze sowie die

Lufttemperaturen auf die Wandstärke des Rohkörpers in Hinblick auf eine gleichmäßige Wärmezufuhr bzw. Abfuhr zu der Glasoberfläche bzw. von der Glasoberfläche abgestimmt sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohkörper nach den vorausgegangenen Verfahrensschritten einem Finishing, beispielsweise einem Glätten seiner Oberfläche, unterworfen wird.

9. Vorrichtung zum Herstellen eines zwei- oder dreidimensionalen

Glaskörpers, insbesondere eines Waschbeckens, mit den folgenden Merkmalen: ^•■•

9.1 mit einer Einrichtung zum Herstellen eines Glas-Rohkörpers (1);

9.2 mit einer Heizeinrichtung, die den Rohkörper (2) auf eine Temperatur aufheizt, die oberhalb des Transformationspunktes des Glases liegt;

9.3 mit einer Abkühleinrichtung (2.1 , 2.2, 2.3);

9.4 die Abkühleinrichtung (2.1 , 2.2, 2.3) ist als flächig wirkende Luftdusche gestaltet;

9.5 Anordnung und Luftdurchsatz der Luftdusche sowie der Abstand zwischen den anzublasenden Flächen des Rohkörpers (2) und der Luftdusche sind derart bemessen, daß eine gleichmäßige Abfuhr der Wärme des Rohkörpers (2) erfolgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Luftdüsen der Kühleinrichtung (2.1 , 2.2, 2.3) und den anzublasenden Flächen des Rohkörpers an allen Stellen gleich groß ist.

11. Zwei- oder dreidimensionaler Glaskörper, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 beziehungsweise mittels einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10 hergestellt ist.