WO2018188888A1 - Vorrichtung und verfahren zum pressbiegen von glasscheiben - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum pressbiegen von glasscheiben Download PDF

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WO2018188888A1
WO2018188888A1 PCT/EP2018/056471 EP2018056471W WO2018188888A1 WO 2018188888 A1 WO2018188888 A1 WO 2018188888A1 EP 2018056471 W EP2018056471 W EP 2018056471W WO 2018188888 A1 WO2018188888 A1 WO 2018188888A1
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bending mold
contact
contact surface
line
glass sheet
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PCT/EP2018/056471
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Schillings
Arnaud Borderiou
Arthur PALMANTIER
Achim ZEICHNER
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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Priority to BR112019013410-7A priority patent/BR112019013410A2/pt
Priority to CA3058805A priority patent/CA3058805C/en
Priority to KR1020197028859A priority patent/KR102248397B1/ko
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/02—Re-forming glass sheets
    • C03B23/023—Re-forming glass sheets by bending
    • C03B23/03—Re-forming glass sheets by bending by press-bending between shaping moulds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/02—Re-forming glass sheets
    • C03B23/023—Re-forming glass sheets by bending
    • C03B23/025—Re-forming glass sheets by bending by gravity
    • C03B23/0252—Re-forming glass sheets by bending by gravity by gravity only, e.g. sagging
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for bending glass sheets, in particular for press bending glass sheets.
  • Automotive glazings typically have a bend.
  • Various methods for producing such a bend are known.
  • gravity bending also gravity bending or sag bending
  • the glass pane in the initial state is arranged on the bearing surface of a bending mold and heated to at least its softening temperature, so that it bears against the bearing surface under the influence of gravity.
  • press bending processes the disk is placed between two complementary tools that together exert a pressing action on the disk to produce the bend.
  • US 5882370 A discloses a lower bending mold, which is used both for generating a pre-bend by means of gravity bending and as a lower press bending mold and has the articulated edge regions.
  • the edge regions are initially positioned below, so that the bending mold is formed relatively flat when the flat disc is deposited thereon, and are pivoted upward with increasing disc bending in order to gently realize a greater bending in the edge region.
  • the tools are very complex with hinges and means for generating the pivoting motion, which increases manufacturing, maintenance intensity and susceptibility to failure.
  • US2005268661A1 discloses a lower press bending mold having a concavely curved contact surface.
  • the present invention has for its object to provide an improved press bending device, can be realized with the strong disc curvatures in the edge region, without more complex bending processes are necessary.
  • a device for bending glass sheets comprising:
  • an upper press bending mold is arranged opposite the contact surface
  • the lower press bending mold and the upper press bending mold being adapted to press-deform a glass sheet (heated to the softening temperature) between them, the side edge of the glass sheet resting on a contact line on the contact surface,
  • the object of the invention is also achieved by a method for bending glass sheets, comprising the following method steps:
  • the contact surface between the first contact line and the pressing line is convexly curved.
  • the convex curvature of the contact surface is opposite to the direction of curvature of the glass sheet.
  • the contact surface is therefore bent as it were away from the glass, thereby preventing the disk main surface comes into contact with the contact surface. Instead, the line-like contact along the side edge of the glass remains ensured even with strong disc curvatures.
  • the lower press bending mold according to the invention makes it possible to produce glass sheets with a high degree of curvature, in particular in the edge region and high optical quality. However, no elaborate adjustments of the bending devices and methods are required. All that is needed is to replace the lower press bending mold of existing devices with the invention. Thus, the invention can be easily integrated into existing plants and processes. These are great advantages of the present invention.
  • the device according to the invention comprises a lower and an upper press bending mold.
  • the press bending molds are arranged opposite each other and have complementary active or contact surfaces which are suitable for bending a softening-temperature-heated glass sheet into the desired shape by pressing it between the press bending molds, whereby the disk curvature is changed.
  • a lower bending mold is understood to mean a shape which touches or is associated with the lower, ground-facing surface of the glass pane and acts on it.
  • An upper bending mold is understood to mean a shape that touches or is associated with the upper surface of the glass pane facing away from the ground and acts on it.
  • the bending forms can also be referred to as bending tools.
  • the lower Pressbiegeform has a contact surface which is formed like a frame. With contact surface while a substantially upwardly facing, facing away from the ground surface is designated, which is intended to carry the glass sheet during pressing.
  • the contact surface is bounded by edges, and Although by an outer edge and an inner edge, each running circumferentially like a frame.
  • the inner edge is facing the center and in the intended use of the glass sheet center.
  • the outer edge faces outward and, in the intended use, faces away from the center of the glass pane. During the bending process, not the entire contact surface comes into direct contact with the glass pane, but only the area between the first contact line and the pressing line.
  • the contact surface is not a so-called full form, so no massive bending mold, which is intended to come into contact with a large part of the glass sheet. Instead, the contact surface in the form of a frame or -shaped and adapted to the contour of the glass sheet to be bent, so that it is adapted to contact the peripheral side edge of the glass sheet. Such a bending form may also be referred to as a ring (bending ring) or frame (frame shape).
  • the lower surface of the glass sheet has no direct contact with the contact surface, but only its side edge.
  • the contact surface does not necessarily have to form a complete frame, but may also be interrupted.
  • the contact surface is in the form of a complete or interrupted frame.
  • the glass sheet is first brought into contact with the lower or the upper press bending mold before the press bending.
  • the glass sheet can be placed on the lower Pressbiegeform and then approximated to the upper Pressbiegeform.
  • the glass sheet may first be received by the upper press-bending mold, for example by suction or blowing action, and then approximated to the lower press-bending mold.
  • only the side edge of the glass pane comes into contact with the contact surface of the lower press bending mold.
  • the direct contact between glass and contact surface is thus formed linear or linear, said line is referred to in the context of the invention as a contact line.
  • the contact line is circumferentially formed like a frame on the contact surface.
  • the contact line along which the glass pane first contacts the contact surface when the tools approach each other before the onset of deformation is referred to as the first contact line in the sense of the invention.
  • the first contact line In the sense of the invention.
  • the contact line migrates during the bending process as from the Cleartitleline inward to the pressing line.
  • the direct contact between the glass pane and the lower bending mold is always only linear along the contact line during the entire bending process.
  • the lower disc surface never comes into contact with the lower bending mold.
  • the peripheral side edge extends between the upper and lower disc surfaces. Specifically, in particular, the boundary line between the lower disk surface and the side edge is in contact with the contact surface.
  • the contact surface of the lower press bending mold has at least one section in which it is convexly curved at least in the region between the first contact line and the pressing line.
  • the glass sheet is pressed by the upper press bending mold into the lower press bending mold in such a way that the center of the pane falls and the edge of the pane is raised relative to the center of the pane.
  • the glass sheet is thus bent so that the lower disk surface is convex and the upper disk surface is concavely curved.
  • the contact surface is convexly curved so that the curvature of the contact surface and the curvature of the glass are opposite to each other.
  • the height of the contact surface decreases in the direction from the outer edge to the inner edge.
  • the inner region of the contact surface is thus bent away from the glass pane, so that even with strong disk bends it is avoided that the contact surface touches the lower disk surface.
  • the curvature of the invention need not necessarily be circumferentially present on the entire contact surface. It is also possible that only portions of the contact surface are provided with the curvature according to the invention, while other portions are formed in a conventional manner. This can occur, for example, if the glass pane is strongly curved in the region of part of its side edge, while it does not have too great a curvature in the region of the remaining side edge. Then it may be advantageous to equip only the areas of the contact surface, which are assigned to the strongly curved side edges, with the curvature according to the invention.
  • the extent of the required curvature of the contact surface depends essentially on the geometry of the glass sheet to be bent and can be determined by means of customary calculations in the planning of the bending tool.
  • the curvature is chosen in particular such that the lower disk surface does not touch the contact surface even in the final bent state. From the lower disk surface and the contact surface so always an angle greater than 0 ° should be included, which is referred to in the context of the invention as a clearance angle. Due to the disc curvature, the respective tangential plane at the contacting line must be used for the exact determination of the clearance angle.
  • the clearance angle between the glass pane and the contact surface on the pressing line is preferably at least 3 °, particularly preferably at least 5 °, for example from 5 ° to 8 °.
  • the disk surface and contact surface are sufficiently spaced to effectively exclude a direct contact, taking into account manufacturing tolerances.
  • the radius of curvature of the contact surface between Cleartitleline and pressing line should advantageously be at most 750 mm, preferably at most 500 mm. In order to achieve particularly good results with conventional radii of curvature of the glass sheet to be bent and ensures a sufficient clearance angle.
  • the radius of curvature of the direction from the first contact line to the pressing line increases at least in sections, ie the curvature becomes weaker from the outside to the inside.
  • the cross section of the first contact line to the pressing line so there exists at least a portion of the contact surface in which the curvature is stronger from outside to inside.
  • the inner edge of the contact surface is lowered further and the risk of contact between the disk surface and contact surface is further reduced. It is particularly advantageous if the radius of curvature increases in the entire area between the first contact line and the pressing line from outside to inside.
  • the distance between the first contact line and the pressing line is from 2 cm to 50 cm, preferably from 5 cm to 30 cm. Said distance is measured along the shortest connection on the contact surface between first contact line and pressing line, in particular substantially perpendicular to the two lines. With the specified distances particularly good bending results can be achieved.
  • the distance between the pressing line and the inner edge of the contact surface is preferably at least 10 mm, for example from 10 mm to 100 mm.
  • the distance between the first contact line and the outer edge of the contact surface is preferably at least 5 mm, for example from 5 mm to 100 mm.
  • the upper Pressbiegeform is formed in an advantageous embodiment as a so-called full form, so has a full-surface downwardly facing contact or active surface.
  • an effective surface which can also be termed solid, contacts a large part of the upper disk surface - or even the entire upper disk surface - at the end of the bending step.
  • a massive upper press bending mold in combination with a frame-like lower press bending mold, is particularly suitable for press bending.
  • the active surface of the upper press bending mold is in particular convexly shaped and has a geometry which corresponds to that of the final bent disk.
  • the contact surfaces of the two press bending forms are typically not covered with a fabric, in particular metal-containing fabric, during press bending, as is usual in other bending forms. Instead, the glass sheet is in direct contact with the metallic surfaces of the bending molds.
  • the device according to the invention also detects means for moving the lower and upper press bending molds against each other. As a result, after the glass sheet has been positioned for bending, both press bending molds are brought closer to each other, so that they can press together on the glass pane.
  • the approach can be made by vertical movement of the lower press bending mold, the upper press bending mold or both.
  • the device according to the invention also detects means for heating the glass sheet to softening temperature.
  • the bending molds are disposed within a heatable bending furnace or a heatable bending chamber.
  • the glass sheet may pass through a separate chamber for heating, such as a tunnel oven.
  • the apparatus also includes means for moving the glass sheet to be bent to transport the glass sheet back to the heating means and away from the heating medium after bending.
  • the press bending molds can be movably mounted, for example, on a caddy that is moved by means of rollers or treadmills.
  • the bending molds may be stationary in the bending oven and the glass sheet may be moved directly onto rollers or treadmills.
  • the glass pane can be picked up, for example, from the upper press bending mold.
  • the glass sheet can be sucked from the upper press bending mold or be blown by a vertical air flow to the upper Pressbiegeform.
  • the glass sheet is pre-bent prior to press bending, and the apparatus is provided with appropriate means for generating the pre-bend.
  • the pre-bending can be done for example by blowing the softened glass sheet to the upper Pressbiegeform.
  • the pre-bend may be generated by gravity bending.
  • the device is equipped with a gravity bending mold, which preferably has a frame-shaped, limited by an inner edge and an outer edge support surface. Only one edge region of the glass pane is in direct contact with the support surface, while the largest part of the glass pane has no direct contact with the gravity bending mold.
  • the encircling side edge of the glass pane can be arranged on the support surface or also protrude in sections or circumferentially over the support surface.
  • the disk center decreases under the force of gravity and the disk edges are raised relative to the disk center, producing the pre-bend.
  • the combination of gravity bending to create a pre-bend and press bending to final bend glass panels with complex geometries can be produced in high optical quality.
  • the device then preferably comprises means for arranging the glass sheet on the gravity bending mold, in particular an upper transport mold with downward contact surface.
  • the glass pane is sucked or blown onto the contact surface.
  • the gravity bending mold is moved under the transport form (or alternatively the transport form on the gravity bending mold), optionally approximated to the transport form and by switching off the suction or blowing action, the glass is placed on the support surface of the gravity bending mold.
  • the contact surface of the transport form is preferably flat, whereby the flat glass pane in the initial state can be optimally transported.
  • the device may, for example, specifically comprise means for moving the glass sheet from the gravity bending mold to the lower press bending mold, for example another one upper transport form. It can also be lifted from the gravity bending mold by blowing it against the upper press bending mold, after which the gravity bending mold is swapped against the lower press bending mold to prepare the press bending apparatus.
  • the gravity bending mold and the lower press bending mold are combined in a common tool, wherein the contact surface of the lower press bending mold frames the bearing surface of the gravity bending mold or vice versa.
  • the contact surface of the lower press bending mold and the support surface of the gravity bending mold are movable relative to each other by vertical displacement, such that between a first state in which the support surface of the gravity bending mold is arranged higher than the contact surface of the lower Pressbiegeform, and a second state in which the contact surface of the lower press bending mold is arranged higher than the support surface of the gravity bending mold, can be changed. If the glass pane has been pre-bent in the first state on the gravity bending mold, it can be transferred by transition to the second state, simply on the lower Pressbiegeform, without having to be lifted by a tool.
  • the gravity bending mold preferably has a frame-shaped bearing surface which is suitable for arranging a glass pane thereon and which has an outer edge and an inner edge.
  • the inner edge is facing the center and in the intended use of the glass sheet center.
  • the outer edge faces outward and, in the intended use, faces the edge of the window and faces away from the glass pane center.
  • the encircling side edge of the glass pane can be arranged on the support surface or also protrude in sections or circumferentially over the support surface.
  • the support surface is not completely flat, but partially curved.
  • the support surface has an outer, a middle and an inner region.
  • the areas are likewise designed like a frame, the outer area enclosing the central area, which in turn encloses the inner area.
  • the outer region faces the outer edge
  • the inner region faces the inner edge
  • the central region is disposed between the outer region and the inner region.
  • the areas can be seen in a cross section through the gravity bending form between the outer edge and the inner edge of the support surface, starting from the outer edge in the direction of Inner edge of the outer region, then the middle region and then the inner region is arranged.
  • the outer region of the support surface is flat and arranged horizontally.
  • the middle region may be flat or slightly curved (preferably convex) and is inclined inwards, ie towards the inner edge.
  • the inner region has a relatively strong curvature, which is opposite to the curvature of the glass sheet produced during the gravity bending process.
  • the glass sheet is bent during gravity bending so that the lower disk surface is convex and the upper disk surface is concavely curved.
  • the inner region of the support surface according to the invention is thus convexly curved, so that the curvature of the second region and the curvature of the glass pane are opposite to each other.
  • This shape of the support surface prevents the glass sheet rests only on the edges of the support surface. Instead, the glass sheet is initially flat on the outer area and after the onset of bending flat on the central area. The risk of generating disturbing tool marks can be effectively avoided.
  • the glass pane also does not come into contact with the inner edge, which is ensured by the strongly curved inner area. Due to the lack of contact between the inner edge and the glass pane, again tool impressions can be avoided.
  • the inner area is more curved than the middle area, so has a smaller radius of curvature.
  • the curvature of the inner region is chosen in particular such that the glass pane in the final bent state does not touch the inner edge.
  • the radius of curvature in the inner region is at most 200 mm, particularly preferably from 20 mm to 100 mm.
  • the radius of curvature in the central region is preferably at least 200 mm, more preferably at least 400 mm. For particularly good results are achieved in conventional disc bends.
  • the support surface preferably has a width of 3 cm to 20 cm, more preferably from 5 cm to 15 cm. Such widths are common for bearing surface of gravity bending molds.
  • the width of the extension of the support surface along the shortest connection between outer edge and inner edge is referred to, in particular substantially perpendicular to the two edges.
  • the width of the middle range is preferably at least 50% the width of the support surface, more preferably at least 70%, most preferably from 80% to 90%.
  • the width of the flat outer region of the support surface should be at least 5 mm, preferably from 5 mm to 20 mm.
  • the width of the curved inner region of the support surface should be at least 2 mm, preferably from 2 mm to 10 mm.
  • the bearing surface of the gravity bending mold can be coated with a tissue, in particular metal-containing tissue. This serves on the one hand the padding to further reduce the risk of tool marks, on the other hand, the thermal insulation to reduce cooling of the glass sheet by the gravity bending mold.
  • the invention also includes an arrangement for bending glass sheets comprising the apparatus according to the invention and a glass sheet positioned between the lower press bending mold and the upper press bending mold.
  • the glass sheet After press bending, the glass sheet is cooled, which can be done in any way. The cooling can be done on another form, to which the disc is transferred. Cooling may be at ambient temperature or by active cooling.
  • the press bending device according to the invention and the method are particularly suitable for the production of curved, tempered glass panes, as are customary for example as side windows or rear windows of motor vehicles. Therefore, in a preferred embodiment, the glass sheet is thermally tempered after being rapidly cooled by bending. After bending, the glass sheet is transferred to a so-called tempering frame, on which it is stored during the tempering process.
  • the glass sheet to be bent preferably contains soda-lime glass, as is customary for window panes, but may also contain other types of glass, such as borosilicate glass or quartz glass.
  • the thickness of the glass sheet is typically from 0.5 mm to 10 mm, preferably 1 mm to 5 mm. Typical temperatures for bending glass sheets are from 500 ° C to 700 ° C, especially about 650 ° C when bending slices of soda-lime glass.
  • the invention also encompasses the use of a device according to the invention for press bending glass sheets for means of transport for transport on land, in the air or on water, preferably for press bending window panes of Rail vehicles or motor vehicles, in particular for press bending of rear windows, side windows or roof windows of passenger cars.
  • the glass sheets bent by the method according to the invention are preferably used for locomotion by land, in the air or on water, particularly preferably as window panes of rail vehicles or motor vehicles, in particular as rear windows, side windows or roof panes of passenger cars.
  • FIG. 4 shows a cross section through a section of a device according to the invention during press bending
  • Fig. 5 shows a cross section through a portion of a lower according to the invention
  • Fig. 6 shows a cross section of a tool in which the lower Pressbiegeform with a
  • FIG. 7 shows a flow chart of an embodiment of the method according to the invention.
  • Figure 1 shows a cross section through a generic device for press bending of glass sheets.
  • the device comprises a lower press bending mold 1 with a frame-like contact surface 2 and an upper press bending mold 3 with a full-area active surface, which are arranged opposite one another and are vertically movable relative to one another.
  • the glass sheet I to be bent is placed between the press bending molds 1, 3.
  • the press bending molds 1, 3 are approximated to each other, so that the glass sheet I is pressed between them and thereby deformed.
  • only the side edge S of the glass pane I rests on the contact surface 2 of the lower press bending mold 1.
  • Glass pane I and contact surface 2 thus touch only along a circumferential line, which is referred to as contact line 4.
  • the entire upper disk surface O is in contact with the effective surface of the upper press bending mold 3.
  • the shape of the active surface of the upper press bending mold 3 corresponds to the desired curved shape of the glass pane I.
  • Figure 2 shows a cross section through a portion of a device whose lower press bending mold 1 is formed in a conventional manner.
  • the contact surface 2 is flat and inclined inwards.
  • the glass sheet I is brought into contact with the lower press bending mold 1 and the upper press bending mold 3 (Fig. 2a).
  • the contact line 4, along of which the glass sheet I initially comes into contact with the contact surface 2 is referred to as Cleartitleline 4A.
  • the glass sheet I is shown here in the initial state plan for the sake of simplicity, but it can also be pre-bent.
  • the press bending tools 1, 3 are brought closer to each other, so that the glass pane I is deformed. In this case, the contact line 4 moves inwards starting from the first contact line 4A (FIG. 2b).
  • the dashed arrows indicate the movement of the upper press bending mold 3 and the contact line 4 during press bending.
  • the press bending molds 1, 3 At the end of the press bending, the press bending molds 1, 3 have reached their final position and the glass pane I has been bent to its final shape (FIG. 2c).
  • the contact line 4 reaches its most internal position, which is referred to as pressing line 4B.
  • the figure illustrates the disadvantage of conventional lower Pressbiegeformen with flat contact surface 2.
  • the risk that the lower disk surface U contacts the contact surface 2 in the region between the pressing line 4 B and the inner edge resulting in Impairment of optical quality.
  • the contact could basically be prevented by aligning the contact surface 2 steeper. So that the contact line 4 can nevertheless cover the same horizontal distance, one would have to extend the contact surface 2 but then considerably, with the result that the lower bending mold would be very expansive, especially unwieldy high and would be difficult to integrate into existing plants.
  • FIG. 3 shows a plan view of a lower press bending mold 1.
  • the frame-shaped contact surface 2 which is bounded by an inner edge 6 pointing to the middle and an outwardly facing outer edge 7.
  • the contact of the contact surface 2 with the side edge S of the glass pane I takes place within a region between the frame-shaped first contact line 4A and the pressing line 4B, both of which are circumferentially arranged on the contact surface 2.
  • FIG. 4 shows, for comparison with FIG. 2, a cross section through a section of a device with a lower press bending mold 1 according to the invention.
  • the contact surface 2 is convexly curved, in particular in the region between the first contact line 4A and the press line 4B.
  • the curvature of the contact surface 2 is opposite to the disc curvature. Due to the bending of the distance of the lower portion of the contact surface 2 is increased by the glass pane I, whereby even with glass panes with strong Bends in the edge area a contact of the lower disc surface U can be avoided.
  • FIG. 5 shows a cross-section of another lower press bending mold 1.
  • the design according to the invention of the contact surface 2 ensures that the lower disk surface does not come into contact with the contact surface 2.
  • the lower disk surface and the contact surface 2 thus always include an angle greater than 0 °, which is referred to as a clearance angle ⁇ .
  • the clearance angle ⁇ may change during press bending, but always remains greater than 0 °.
  • the clearance angle at the pressing line 4B should advantageously be greater than 3 °, for example 7 °.
  • the clearance angle between the curved surfaces can be determined exactly by using the tangent planes at the respective contact line 4.
  • Figure 6 shows schematically a lower press bending mold 1 and a gravity bending mold 5, which are combined in a common tool.
  • the gravity bending mold 5 has a frame-shaped support surface, which is framed by the contact surface 2 of the lower press bending tool 1.
  • the press bending mold 1 and the gravity bending mold 5 are vertically displaceable relative to each other, so that it can be set whether the support surface of the gravity bending mold 5 or the contact surface 2 of the Pressbiegeform 1 is arranged higher and consequently can carry the glass pane I.
  • the glass sheet I is pre-bent on the higher gravity bending mold 5 (Fig. 6a).
  • the bending molds 1, 5 are then displaced relative to one another, with the glass pane I being transferred from the gravity bending mold 5 to the lower press bending mold 1 (FIG. 6b).
  • the transfer can be done by moving the gravity bending mold 5 downwards, by moving the press bending mold 1 upwards or by a combination of both.
  • Figure 7 shows an embodiment of the method according to the invention with reference to a flow chart.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Biegen von Glasscheiben, umfassend - eine untere Pressbiegeform (1) mit einer rahmenförmigen Kontaktfläche (2), - eine obere Pressbiegeform (3) gegenüberliegend der Kontaktfläche (2) angeordnet, wobei die untere Pressbiegeform (1) und die obere Pressbiegeform (3) dazu geeignet sind, eine zwischen ihnen befindliche Glasscheibe (I) durch Pressen zu verformen, wobei die Seitenkante (S) der Glasscheibe (I) entlang einer Kontaktlinie (4) auf der Kontaktfläche (2) aufliegt, wobei die Kontaktlinie (4) während des Pressens von einer Erstkontaktlinie (4A) bis zu einer Presslinie (4B) wandert, und wobei die Kontaktfläche (2) zwischen der Erstkontaktlinie (4A) und der Presslinie (4B) konvex gekrümmt ausgebildet ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Pressbiegen von Glasscheiben
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Biegen von Glasscheiben, insbesondere zum Pressbiegen von Glasscheiben.
Verglasungen für Kraftfahrzeuge weisen typischerweise eine Biegung auf. Es sind verschiedene Verfahren zur Erzeugung einer solchen Biegung bekannt. Beim sogenannten Schwerkraftbiegen (auch gravity bending oder sag bending) wird die im Ausgangszustand plane Glasscheibe auf der Auflagefläche einer Biegeform angeordnet und auf mindestens ihre Erweichungstemperatur erwärmt, so dass sie sich unter dem Einfluss der Schwerkraft an die Auflagefläche anlegt. Bei den sogenannten Pressbiegeverfahren wird die Scheibe zwischen zwei komplementären Werkzeugen angeordnet, die gemeinsam auf die Scheibe eine Presswirkung ausüben, um die Biegung zu erzeugen.
Beim Pressbiegen kommt häufig eine untere Pressbiegeform mit einer rahmenartigen Kontaktfläche zum Einsatz, auf der lediglich die Seitenkante der Glasscheibe entlang einer umlaufenden Kontaktlinie aufliegt. Die Kontaktfläche ist typischerweise plan und nach innen geneigt ausgebildet. Dieser lediglich linienartige Kontakt zwischen Glasscheibe und Kontaktfläche ist wichtig, um Werkzeugabdrücke und eine damit verbundene Herabsetzung der optischen Qualität zu vermeiden. Wird die Glasscheibe durch die obere Pressbiegeform (häufig eine sogenannte Vollform mit vollflächiger Wirkfläche) in die untere Pressbiegeform hineingepresst und verformt, so wandert die besagte Kontaktierungslinie infolge der zunehmenden Biegung der Scheibe auf der Kontaktfläche von außen nach innen. Wesentlich dabei ist, dass der linienartige Kontakt zur Kontaktfläche während des gesamten Prozesses erhalten bleibt und die Scheibenhauptfläche nicht mit der unteren Pressbiegeform in Berührung kommt. Pressbiegeverfahren dieser Art sind beispielsweise in DE10314267B3, WO2007125973A1 , EP0677488A2 oder WO9707066A1 beschrieben.
Bei Glasscheiben mit starken Krümmungen im Randbereich besteht das Problem, dass die Kontaktfläche sehr steil angeordnet sein müsste, um den linienartigen Kontakt zu gewährleisten. Damit die Kontaktfläche trotzdem eine ausreichende Gesamtbreite aufweist, müsste man sie stark verlängern, wodurch ein unhandlich hohes Biegewerkzeug resultieren würde.
Es sind auch komplexere Biegewerkzeuge bekannt, mit denen Scheiben mit starken Krümmungen erzeugt werden können. So offenbart US 5882370 A eine untere Biegeform, die sowohl zum Erzeugen einer Vorbiegung mittels Schwerkraftbiegen als auch als untere Pressbiegeform verwendet wird und die gelenkig gelagerte Randbereiche aufweist. Die Randbereiche werden zunächst unten positioniert, so dass die Biegeform relativ flach ausgebildet ist, wenn die plane Scheibe darauf abgelegt wird, und werden mit wachsender Scheibenbiegung nach oben geschwenkt, um im Randbereich schonend eine stärkere Biegung zu realisieren. Die Werkzeuge sind allerdings sehr komplex mit Gelenken und Mitteln zum Erzeugen der schwenkenden Bewegung, was die Herstellung, Wartungsintensität und Fehleranfälligkeit erhöht.
US2005268661A1 offenbart untere Pressbiegeform mit einer konkav gekrümmten Kontaktfläche.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Pressbiegen bereitzustellen, mit der starke Scheibenkrümmungen im Randbereich realisiert werden können, ohne dass komplexere Biegeverfahren notwendig werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Biegen von Glasscheiben, umfassend:
- eine untere Pressbiegeform mit einer rahmenformigen Kontaktfläche,
- eine obere Pressbiegeform gegenüberliegend der Kontaktfläche angeordnet,
wobei die untere Pressbiegeform und die obere Pressbiegeform dazu geeignet sind, eine zwischen ihnen befindliche (auf Erweichungstemperatur erhitzte) Glasscheibe durch Pressen zu verformen, wobei die Seitenkante der Glasscheibe entlang einer Kontaktlinie auf der Kontaktfläche aufliegt,
wobei die Kontaktlinie während des Pressens von einer Erstkontaktlinie bis zu einer Presslinie wandert (also auf der Kontaktfläche verschoben wird).
Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Biegen von Glasscheiben, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
(a) Anordnen einer auf mindestens ihre Erweichungstemperatur erwärmten Glasscheibe zwischen einer unteren Pressbiegeform mit einer rahmenformigen Kontaktfläche und einer gegenüberliegend der Kontaktfläche angeordneten oberen Pressbiegeform und Herstellen des Kontaktes zwischen der Seitenkante der Glasscheibe und der Kontaktfläche entlang einer Erstkontaktlinie,
(b) Pressbiegen der Glasscheibe (also Verformen der Glasscheibe durch Pressen) zwischen der unteren Pressbiegeform und der oberen Pressbiegeform, wobei die Seitenkante der Glasscheibe stets entlang einer umlaufenden Kontaktlinie auf der Kontaktfläche aufliegt, welche während des Pressens von der Erstkontaktlinie bis zu einer Presslinie wandert.
Die Vorrichtung und das Verfahren werden im Folgenden gemeinsam vorgestellt, wobei sich die Erläuterungen und bevorzugten Ausgestaltungen gleichermaßen auf Vorrichtung und Verfahren beziehen.
Erfindungsgemäß ist die Kontaktfläche zwischen der Erstkontaktlinie und der Presslinie konvex gekrümmt ausgebildet. Die konvexe Krümmung der Kontaktfläche ist der Krümmungsrichtung der Glasscheibe entgegengesetzt. Die Kontaktfläche ist also gleichsam von der Glasscheibe weg gebogen, wodurch verhindert wird, dass die Scheibenhauptfläche mit der Kontaktfläche in Berührung kommt. Stattdessen bleibt der linienartige Kontakt entlang der Seitenkante der Glasscheibe auch bei starken Scheibenkrümmungen gewährleistet. Mit der erfindungsgemäßen unteren Pressbiegeform lassen sich Glasscheiben mit starker Krümmung insbesondere im Randbereich und hoher optischer Qualität fertigen. Es werden dazu aber keine aufwendigen Anpassungen der Biegevorrichtungen und -verfahren erforderlich. Es muss lediglich die untere Pressbiegeform vorhandener Vorrichtungen durch die erfindungsgemäße ersetzt werden. So ist die Erfindung einfach in bestehende Anlagen und Prozesse integrierbar. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine untere und eine obere Pressbiegeform. Die Pressbiegeformen sind einander gegenüberliegend angeordnet und weisen komplementäre Wirk- oder Kontaktflächen auf, die geeignet sind, eine auf Erweichungstemperatur erhitzte Glasscheibe in die gewünschte Form zu biegen, indem sie zwischen den Pressbiegeformen gepresst wird, wobei die Scheibenkrümmung verändert wird. Unter einer unteren Biegeform wird im Sinne der Erfindung eine Form verstanden, welche die untere, dem Erdboden zugewandten Oberfläche der Glasscheibe berührt beziehungsweise ihr zugeordnet ist und auf sie wirkt. Unter einer oberen Biegeform wird eine Form verstanden, die die obere, vom Erdboden abgewandte Oberfläche der Glasscheibe berührt beziehungsweise ihr zugeordnet ist und auf sie wirkt. Die Biegeformen können auch als Biegewerkzeuge bezeichnet werden.
Die untere Pressbiegeform weist eine Kontaktfläche auf, die rahmenartig ausgebildet ist. Mit Kontaktfläche wird dabei eine im Wesentlichen nach oben weisende, vom Erdboden abgewandte Fläche bezeichnet, die bestimmungsgemäß dafür vorgesehen ist, die Glasscheibe beim Pressen zu tragen. Die Kontaktfläche wird durch Kanten begrenzt, und zwar durch eine Außenkante und eine Innenkante, die jeweils umlaufend rahmenartig verlaufen. Die Innenkante ist dem Zentrum und im bestimmungsgemäßen Einsatz der Glasscheibenmitte zugewandt. Die Außenkante weist nach außen und ist im bestimmungsgemäßen Einsatz von der Glasscheibenmitte abgewandt. Während des Biegeprozesses kommt nicht die gesamte Kontaktfläche mit der Glasscheibe in direkten Kontakt, sondern lediglich der Bereich zwischen der Erstauflagelinie und der Presslinie. Die Kontaktfläche ist keine sogenannte Vollform, also keine massive Biegeform, die dafür vorgesehen ist, mit einem Großteil der Glasscheibe in Kontakt zu kommen. Stattdessen die die Kontaktfläche rahmenartig oder -förmig ausgebildet und an die Kontur der zu biegenden Glasscheibe angepasst, so dass sie geeignet ist, die umlaufenden Seitenkante der Glasscheibe zu kontaktieren. Eine solche Biegeform kann auch als Ring (Biegering) oder Rahmen (Rahmenform) bezeichnet werden. Die untere Oberfläche der Glasscheibe hat keinen direkten Kontakt zur Kontaktfläche, sondern lediglich ihre Seitenkante. Die Kontaktfläche muss nicht notwendigerweise einen vollständigen Rahmen bilden, sondern kann auch unterbrochen sein. Die Kontaktfläche ist in Form eines vollständigen oder unterbrochenen Rahmens ausgebildet.
Es ist unerheblich, ob die Glasscheibe vor dem Pressbiegen zunächst mit der unteren oder der oberen Pressbiegeform in Kontakt gebracht wird. So kann die Glasscheibe auf die untere Pressbiegeform abgelegt werden und dann der oberen Pressbiegeform angenähert werden. Alternativ kann die Glasscheibe zunächst von der oberen Pressbiegeform aufgenommen werden, beispielsweise durch Saug- oder Blaswirkung, und anschließende der unteren Pressbiegeform angenähert werden. In jedem Fall kommt ausschließlich die Seitenkante der Glasscheibe mit der Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform in Kontakt. Der direkte Kontakt zwischen Glasscheibe und Kontaktfläche ist also linienartig oder linienförmig ausgebildet, wobei diese Linie im Sinne der Erfindung als Kontaktlinie bezeichnet wird. Die Kontaktlinie ist umlaufend rahmenartig auf der Kontaktfläche ausgebildet. Diejenige Kontaktlinie, entlang der die Glasscheibe die Kontaktfläche als erstens berührt, wenn die Werkzeuge einander angenähert werden vor dem Einsetzen der Verformung, wird im Sinne der Erfindung als Erstkontaktlinie bezeichnet. Sobald das eigentliche Pressbiegen einsetzt und die Scheibe verformt wird, verschiebt sich die Seitenkante der Glasscheibe auf der Kontaktfläche. Infolge der zunehmenden Krümmung der Glasscheibe wandert die Kontaktlinie nach innen, weg von der äußeren Begrenzungskante der rahmenartigen Kontaktfläche. Haben die Biegeformen mit Abschluss des Pressbiegens nach Erreichen der endgültigen Scheibenform ihre finale Position erreicht, so ist die Kontaktlinie maximal verschoben worden und hat ihre am meisten innenliegende Position erreicht. Diese Kontaktlinie wird im Sinne der Erfindung als Presslinie bezeichnet. Die Kontaktlinie wandert während des Biegevorgangs als ausgehend von der Erstkontaktlinie nach innen bis zur Presslinie.
Der direkte Kontakt zwischen Glasscheibe und unterer Biegeform ist während des gesamten Biegeverfahrens immer nur linienartig entlang der Kontaktlinie. Die untere Scheibenoberfläche kommt nie mit der unteren Biegeform in Kontakt. Als untere Scheibenoberfläche wird dabei diejenige Hauptfläche der Glasscheibe bezeichnet, die der Biegeform und dem Erdboden zugewandt ist, während als obere Scheibenoberfläche diejenige Hauptfläche der Glasscheibe bezeichnet ist, die von der Biegeform abgewandt ist und nach oben weist. Die umlaufende Seitenkante erstreckt sich zwischen der oberen und der unteren Scheibenoberfläche. Präzise ausgedrückt steht insbesondere die Grenzlinie zwischen unterer Scheibenoberfläche und Seitenkante mit der Kontaktfläche in Kontakt.
Die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform weist mindestens einen Abschnitt auf, in dem sie zumindest im Bereich zwischen der Erstkontaktlinie und der Presslinie konvex gekrümmt ausgebildet ist. Die Glasscheibe wird von der oberen Pressbiegeform derart in die untere Pressbiegeform hineingedrückt, dass die Scheibenmitte absinkt und die Scheibenränder relativ zur Scheibenmitte angehoben werden. Die Glasscheibe wird also derart gebogen, dass die untere Scheibenoberfläche konvex und die obere Scheibenoberfläche konkav gekrümmt wird. Die Kontaktfläche ist konvex gekrümmt, so dass die Krümmung der Kontaktfläche und die Krümmung der Glasscheibe einander entgegengesetzt sind. Die Höhe der Kontaktfläche nimmt in der Richtung von der Außenkante zur Innenkante ab. Der innere Bereich der Kontaktfläche ist also gleichsam von der Glasscheibe weggebogen, so dass auch bei starken Scheibenbiegungen vermieden wird, dass die Kontaktfläche die untere Scheibenoberfläche berührt.
Die erfindungsgemäße Krümmung muss nicht notwendigerweise umlaufend auf der gesamten Kontaktfläche vorhanden sein. Es ist auch möglich, dass lediglich Abschnitte der Kontaktfläche mit der erfindungsgemäßen Krümmung versehen sind, während andere Bereiche auf herkömmliche Weise ausgebildet sind. Dies kann beispielsweise dann auftreten, wenn die Glasscheibe im Bereich eines Teils ihrer Seitenkante stark gekrümmt ist, während sie im Bereich der übrigen Seitenkante keine allzu starke Krümmung aufweist. Dann kann es vorteilhaft sein, nur die Bereiche der Kontaktfläche, die den stark gekrümmten Seitenkanten zugeordnet sind, mit der erfindungsgemäßen Krümmung auszustatten. Das Ausmaß der erforderlichen Krümmung der Kontaktfläche hängt wesentlich von der Geometrie der zu biegenden Glasscheibe ab und kann mittels fachüblicher Berechnungen bei der Planung des Biegewerkzeugs ermittelt werden. Die Krümmung ist insbesondere derart gewählt, dass die untere Scheibenoberfläche die Kontaktfläche auch im final gebogenen Zustand nicht berührt. Von der unteren Scheibenoberfläche und der Kontaktfläche sollte also stets ein Winkel größer 0° eingeschlossen werden, der im Sinne der Erfindung als Freiwinkel bezeichnet wird. Aufgrund der Scheibenkrümmung ist zur exakten Bestimmung des Freiwinkels die jeweilige Tangentialebene an der Kontaktierungslinie heranzuziehen. Der Freiwinkel zwischen Glasscheibe und Kontaktfläche an der Presslinie beträgt bevorzugt mindestens 3°, besonders bevorzugt mindestens 5°, beispielsweise von 5° bis 8°. Damit sind Scheibenoberfläche und Kontaktfläche ausreichend beabstandet, um auch unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen einen direkten Kontakt wirksam auszuschließen.
Der Krümmungsradius der Kontaktfläche zwischen Erstkontaktlinie und Presslinie sollte vorteilhafterweise höchstens 750 mm betragen, bevorzugt höchstens 500 mm. Damit werden bei üblichen Krümmungsradien der zu biegenden Glasscheibe besonders gute Ergebnisse erzielt und ein hinreichender Freiwinkel sichergestellt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung nimmt der Krümmungsradius der Richtung von der Erstkontaktlinie zur Presslinie zumindest abschnittsweise zu - die Krümmung wird also von außen nach innen schwächer. Im Querschnitt von der Erstkontaktlinie zur Presslinie existiert also zumindest ein Abschnitt der Kontaktfläche, in dem die Krümmung von außen nach innen stärker wird. Dadurch wird die Innenkante der Kontaktfläche weiter abgesenkt und die Gefahr eines Kontakts zwischen Scheibenoberfläche und Kontaktfläche weiter vermindert. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Krümmungsradius im gesamtem Bereich zwischen der Erstkontaktlinie und der Presslinie von außen nach innen zunimmt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Abstand zwischen der Erstkontaktlinie und der Presslinie von 2 cm bis 50 cm beträgt, bevorzugt von 5 cm bis 30 cm. Der besagte Abstand wird entlang der kürzesten Verbindung auf der Kontaktfläche zwischen Erstkontaktlinie und Presslinie gemessen, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu den beiden Linien. Mit den angegebenen Abständen können besonders gute Biegeergebnisse erzielt werden. Der Abstand zwischen der Presslinie und der Innenkante der Kontaktfläche beträgt bevorzugt mindestens 10 mm, beispielsweise von 10 mm bis 100 mm. Der Abstand zwischen der Erstkontaktlinie und der Außenkante der Kontaktfläche beträgt bevorzugt mindestens 5 mm, beispielsweise von 5 mm bis 100 mm.
Die obere Pressbiegeform ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung als sogenannte Vollform ausgebildet, weist also eine vollflächige nach unten weisende Kontakt- oder Wirkfläche auf. Im Gegensatz zu einer Rahmenbiegeform steht eine solche Wirkfläche, die auch als massiv bezeichnet werden kann, am Ende des Biegeschrittes mit einem Großteil der oberen Scheibenoberfläche - oder sogar der gesamten oberen Scheibenoberfläche - in Kontakt. Eine massive obere Pressbiegeform ist in Verbindung mit einer rahmenartigen unteren Pressbiegeform besonders zum Pressbiegen geeignet. Die Wirkfläche der oberen Pressbiegeform ist insbesondere konvex ausgeformt und weist eine Geometrie auf, die derjenigen der final gebogenen Scheibe entspricht.
Die Kontaktflächen der beiden Pressbiegeformen sind beim Pressbiegen typischerweise nicht mit einem Gewebe, insbesondere metallhaltigem Gewebe, überzogen, wie es bei anderen Biegeformen üblich ist. Stattdessen steht die Glasscheibe direkt mit den metallischen Oberflächen der Biegeformen in Kontakt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfasst außerdem Mittel, um die untere und die obere Pressbiegeform gegeneinander zu bewegen. Dadurch werden beide Pressbiegeformen, nachdem die Glasscheibe zum Biegen positioniert worden ist, einander angenähert, so dass das sie gemeinsam pressend auf die Glasscheibe wirken können. Die Annäherung kann durch vertikale Bewegung der unteren Pressbiegeform, der oberen Pressbiegeform oder beiden erfolgen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfasst außerdem Mittel zum Heizen der Glasscheibe auf Erweichungstemperatur. Typischerweise sind die Biegeformen innerhalb eines beheizbaren Biegeofens oder einer beheizbaren Biegekammer angeordnet. Die Glasscheibe kann zum Erwärmen eine gesonderte Kammer durchlaufen, beispielsweise einen Tunnelofen.
Die Vorrichtung umfasst auch Mittel zum Bewegen der zu biegenden Glasscheibe, um die Glasscheibe zum Heizmittel hin und nach dem Biegen wieder vom Heizmittel weg zu transportieren. So können beispielsweise die Pressbiegeformen beweglich gelagert sein, etwa auf einem Transportgestell, das mittels Rollen oder Laufbändern bewegt wird. Alternativ können die Biegeformen stationär im Biegeofen angeordnet sein und die Glasscheibe kann direkt auf Rollen oder Laufbändern bewegt werden. Im Biegeofen kann die Glasscheibe beispielsweise von der oberen Pressbiegeform aufgenommen werden. Dazu kann die Glasscheibe von der oberen Pressbiegeform angesaugt werden oder durch einen vertikalen Luftstrom an die obere Pressbiegeform angeblasen werden.
In einer vorteilhaften Ausführung wird die Glasscheibe vor dem Pressbiegen vorgebogen, und die Vorrichtung ist mit entsprechenden Mitteln zum Erzeugen der Vorbiegung ausgestattet. Das Vorbiegen kann beispielsweise durch Anblasen der erweichten Glasscheibe an die obere Pressbiegeform erfolgen. Alternativ kann die Vorbiegung durch Schwerkraftbiegen erzeugt werden. Dazu ist die Vorrichtung mit einer Schwerkraftbiegeform ausgestattet, die bevorzugt eine rahmenförmige, von einer Innenkante und einer Außenkante begrenzte Auflagefläche aufweist. Lediglich ein Randbereich der Glasscheibe steht mit der Auflagefläche in direktem Kontakt, während der größte Teil der Glasscheibe keinen direkten Kontakt zur Schwerkraftbiegeform hat. Die umlaufende Seitenkante der Glasscheibe kann auf der Auflagefläche angeordnet sein oder auch abschnittsweise oder umlaufend über die Auflagefläche überstehen. Wird die Glasscheibe auf Erweichungstemperatur erwärmt, so sinkt die Scheibenmitte unter der Wirkung der Schwerkraft ab und die Scheibenränder werden relativ zur Scheibenmitte angehoben, wobei die Vorbiegung erzeugt wird. Durch die Kombination des Schwerkraftbiegens zur Erzeugung einer Vorbiegung und des Pressbiegens zur finalen Biegung können Glasscheiben mit komplexen Geometrien in hoher optischer Qualität erzeugt werden.
Die Vorrichtung umfasst dann bevorzugt Mittel zum Anordnen der Glasscheibe auf der Schwerkraftbiegeform, insbesondere eine obere Transportform mit nach unten gerichteter Kontaktfläche. Die Glasscheibe wird an die Kontaktfläche angesaugt oder angeblasen. Die Schwerkraftbiegeform wird unter die Transportform bewegt (oder alternativ die Transportform über die Schwerkraftbiegeform), optional an die Transportform angenähert und durch Ausschalten der Saug- oder Blaswirkung wird die Glasscheibe auf die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform abgelegt. Die Kontaktfläche der Transportform ist bevorzugt plan ausgebildet, womit die im Ausgangszustand plane Glasscheibe optimal transportiert werden kann.
Die Vorrichtung kann beispielsweise eigens Mittel zum Bewegen der Glasscheibe von der Schwerkraftbiegeform auf die untere Pressbiegeform umfassen, beispielsweise eine weitere obere Transportform. Sie kann auch von der Schwerkraftbiegeform abgehoben werden, indem sie an die obere Pressbiegeform angeblasen wird, wobei anschließend die Schwerkraftbiegeform gegen die untere Pressbiegeform getauscht wird, um die Vorrichtung zum Pressbiegen vorzubereiten. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schwerkraftbiegeform und die untere Pressbiegeform in einem gemeinsamen Werkzeug kombiniert, wobei die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform umrahmt oder umgekehrt. Die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform und die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform sind durch Vertikalverschiebung relativ zueinander bewegbar, so dass zwischen einem ersten Zustand, in dem die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform höher angeordnet ist als die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform, und einem zweiten Zustand, in dem die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform höher angeordnet ist als die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform, gewechselt werden kann. Ist die Glasscheibe im ersten Zustand auf der Schwerkraftbiegeform vorgebogen worden, so kann sie durch Übergang in den zweiten Zustand, einfach auf die untere Pressbiegeform übergeben werden, ohne dass sie durch ein Werkzeug angehoben werden muss.
Die Schwerkraftbiegeform weist bevorzugt eine rahmenförmige Auflagefläche auf, die dazu geeignet ist, eine Glasscheibe darauf anzuordnen, und die eine Außenkante und eine Innenkante aufweist. Die Innenkante ist dem Zentrum und im bestimmungsgemäßen Einsatz der Glasscheibenmitte zugewandt. Die Außenkante weist nach außen und ist im bestimmungsgemäßen Einsatz der Scheibenkante zugewandt und von der Glasscheibenmitte abgewandt. Die umlaufende Seitenkante der Glasscheibe kann auf der Auflagefläche angeordnet sein oder auch abschnittsweise oder umlaufend über die Auflagefläche überstehen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Auflagefläche nicht komplett plan, sondern teilweise gekrümmt ausgebildet. Die Auflagefläche weist dabei einen äußeren, einen mittleren und einen inneren Bereich auf. Die Bereiche sind ebenfalls rahmenartig ausgebildet, wobei der äußere Bereich den mittleren Bereich umschließt, welcher wiederum den inneren Bereich umschließt. Der äußere Bereich ist der Außenkante zugewandt, der innere Bereich ist der Innenkante zugewandt und der mittlere Bereich ist zwischen dem äußeren Bereich und dem inneren Bereich angeordnet. Die Bereiche sind in einem Querschnitt durch die Schwerkraftbiegeform zwischen der Außenkante und der Innenkante der Auflagefläche zu erkennen, wobei ausgehend von der Außenkante in Richtung der Innenkante zunächst der äußere Bereich, dann der mittlere Bereich und dann der innere Bereich angeordnet ist.
Der äußere Bereich der Auflagefläche ist plan ausgebildet und horizontal angeordnet. Der mittlere Bereich kann plan oder leicht gekrümmt (bevorzugt konvex) ausgebildet sein und ist nach innen, also zur Innenkante hin geneigt. Der innere Bereich weist dagegen eine relativ starke Krümmung auf, die der beim Schwerkraftbiegeprozess erzeugten Krümmung der Glasscheibe entgegengesetzt ist. Da die Scheibenmitte unter der Wirkung der Schwerkraft absinkt und die Scheibenränder relativ zur Scheibenmitte angehoben werden, wird beim Schwerkraftbiegen die Glasscheibe derart gebogen, dass die untere Scheibenoberfläche konvex und die obere Scheibenoberfläche konkav gekrümmt ist. Der innere Bereich der erfindungsgemäßen Auflagefläche ist folglich konvex gekrümmt, so dass die Krümmung des zweiten Bereichs und die Krümmung der Glasscheibe einander entgegengesetzt sind. Durch diese Ausformung der Auflagefläche wird vermieden, dass die Glasscheibe lediglich auf den Kanten der Auflagefläche aufliegt. Stattdessen liegt die Glasscheibe zunächst flächig auf dem äußeren Bereich auf und nach Einsetzen der Biegung flächig auf dem mittleren Bereich. Die Gefahr der Erzeugung von störenden Werkzeugabdrücken kann dadurch wirksam vermieden werden. Die Glasscheibe kommt auch nicht mit der Innenkante in Kontakt, was durch den stark gekrümmten inneren Bereich sichergestellt wird. Durch den fehlenden Kontakt zwischen Innenkante und Glasscheibe können wiederum Werkzeugabdrücke vermieden werden.
Der innere Bereich ist stärker gekrümmt als der mittlere Bereich, weist also einen kleineren Krümmungsradius auf. Die Krümmung des inneren Bereichs ist insbesondere derart gewählt, dass die Glasscheibe im final gebogenen Zustand die Innenkante nicht berührt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Krümmungsradius im inneren Bereich höchstens 200 mm, besonders bevorzugt von 20 mm bis 100 mm. Der Krümmungsradius im mittleren Bereich beträgt bevorzugt mindestens 200 mm, besonders bevorzugt mindestens 400 mm. Damit werden bei üblichen Scheibenbiegungen besonders gute Ergebnisse erzielt.
Die Auflagefläche weist bevorzugt eine Breite von 3 cm bis 20 cm auf, besonders bevorzugt von 5 cm bis 15 cm. Solche Breiten sind für Auflagefläche von Schwerkraftbiegeformen üblich. Mit Breite wird die Ausdehnung der Auflagefläche entlang der kürzesten Verbindung zwischen Außenkante und Innenkante bezeichnet, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu den beiden Kanten. Die Breite des mittleren Bereichs beträgt bevorzugt mindestens 50% der Breite der Auflagefläche, besonders bevorzugt mindestens 70%, ganz besonders bevorzugt von 80% bis 90%. Die Breite des planen äußeren Bereichs der Auflagefläche sollte mindestens 5 mm betragen, bevorzugt von 5 mm bis 20 mm. Die Breite des gekrümmten inneren Bereichs der Auflagefläche sollte mindestens 2 mm betragen, bevorzugt von 2 mm bis 10 mm.
Die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform kann mit einem Gewebe, insbesondere metallhaltigem Gewebe überzogen sein. Dies dient einerseits der Polsterung, um die Gefahr von Werkzeugabdrücke weiter zu reduzieren, andererseits der thermischen Isolation, um eine Abkühlung der Glasscheibe durch die Schwerkraftbiegeform zu verringern.
Die Erfindung umfasst auch eine Anordnung zum Biegen von Glasscheiben, umfassend die erfindungsgemäße Vorrichtung und eine Glasscheibe, die zwischen der unteren Pressbiegeform und der oberen Pressbiegeform positioniert ist.
Nach dem Pressbiegen wird die Glasscheibe abgekühlt, was auf beliebige Art erfolgen kann. Das Abkühlen kann auf einer weiteren Form erfolgen, auf die die Scheibe übergeben wird. Das Abkühlen kann bei Umgebungstemperatur oder durch aktive Kühlung erfolgen. Die erfindungsgemäße Pressbiegevorrichtung und das Verfahren eignen sich besonders zur Herstellung von gebogenen, vorgespannten Glasscheiben, wie sie beispielsweise als Seitenscheiben oder Heckscheiben von Kraftfahrzeugen üblich sind. Daher wird die Glasscheibe in einer bevorzugten Ausführung nach dem Biegen durch rasche Abkühlung thermisch vorgespannt. Die Glasscheibe wird dazu nach dem Biegen auf einen sogenannten Vorspannrahmen übergeben, auf dem sie während des Vorspannprozesses gelagert wird.
Die zu biegende Glasscheibe enthält bevorzugt Kalk-Natron-Glas, wie es für Fensterscheiben üblich ist, kann aber auch andere Glassorten enthalten, wie Borsilikatglas oder Quarzglas. Die Dicke der Glasscheibe beträgt typischerweise von 0,5 mm bis 10 mm, bevorzugt 1 mm bis 5 mm. Typische Temperaturen zum Biegen von Glasscheiben betragen von 500 °C bis 700 °C, insbesondere etwa 650 °C beim Biegen von Scheiben aus Kalk- Natron-Glas.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Pressbiegen von Glasscheiben für Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, bevorzugt zum Pressbiegen von Fensterscheiben von Schienenfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Pressbiegen von Heckscheiben, Seitenscheiben oder Dachscheiben von Personenkraftwagen. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gebogenen Glasscheiben werden bevorzugt verwendet als für Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, besonders bevorzugt als Fensterscheiben von Schienenfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen, insbesondere als Heckscheiben, Seitenscheiben oder Dachscheiben von Personenkraftwagen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine gattungsgemäße Vorrichtung während des
Pressbiegens einer Glasscheibe,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer herkömmlichen Vorrichtung während des Pressbiegens,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Kontaktfläche der unteren Pressbiegeform einer gattungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung während des Pressbiegens,
Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen unteren
Pressbiegeform mit final gebogener Glasscheibe,
Fig. 6 einen Querschnitt eines Werkzeugs, in dem die untere Pressbiegeform mit einer
Schwerkraftbiegeform kombiniert ist, und
Fig. 7 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Pressbiegen von Glasscheiben. Die Vorrichtung umfasst eine untere Pressbiegeform 1 mit einer rahmenartigen Kontaktfläche 2 und eine obere Pressbiegeform 3 mit einer vollflächigen Wirkfläche, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und vertikal relativ zueinander bewegbar sind. Die zu biegende Glasscheibe I wird zwischen den Pressbiegeformen 1 , 3 angeordnet. Die Pressbiegeformen 1 , 3 werden einander angenähert, so dass die Glasscheibe I zwischen ihnen gepresst und dadurch verformt wird. Dabei liegt nur die Seitenkante S der Glasscheibe I auf der Kontaktfläche 2 der unteren Pressbiegeform 1 auf. Glasscheibe I und Kontaktfläche 2 berühren sich also nur entlang einer umlaufenden Linie, die als Kontaktlinie 4 bezeichnet wird. Die gesamte obere Scheibenoberfläche O steht mit der Wirkfläche der oberen Pressbiegeform 3 in Kontakt. Die Form der Wirkfläche der oberen Pressbiegeform 3 entspricht der gewünschten gebogenen Form der Glasscheibe I.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer Vorrichtung, deren untere Pressbiegeform 1 auf herkömmliche Weise ausgebildet ist. Die Kontaktfläche 2 ist plan und nach innen geneigt. Zunächst wird die Glasscheibe I mit der unteren Pressbiegeform 1 und der oberen Pressbiegeform 3 in Kontakt gebracht (Fig. 2a). Diejenige Kontaktlinie 4, entlang derer die Glasscheibe I dabei anfänglich mit der Kontaktfläche 2 in Kontakt kommt, wird als Erstkontaktlinie 4A bezeichnet. Die Glasscheibe I ist hier der Einfachheit halber im Ausgangszustand plan dargestellt, sie kann aber auch vorgebogen sein. Zum Pressbiegen werden die Pressbiegewerkzeuge 1 , 3 einander weiter angenähert, so dass die Glasscheibe I verformt wird. Dabei wandert die Kontaktlinie 4 ausgehend von der Erstkontaktlinie 4A nach innen (Fig. 2b). Die gestrichelten Pfeile deuten die Bewegung der oberen Pressbiegeform 3 und der Kontaktlinie 4 während des Pressbiegens an. Am Ende des Pressbiegens haben die Pressbiegeformen 1 , 3 ihre finale Position erreicht und die Glasscheibe I ist in ihre endgültige Form gebogen (Fig. 2c). Die Kontaktlinie 4 erreicht dabei ihre am meisten innenliegende Position, die als Presslinie 4B bezeichnet wird.
Die Figur verdeutlicht den Nachteil herkömmlicher unterer Pressbiegeformen mit planer Kontaktfläche 2. Insbesondere bei der Herstellung von Glasscheiben I mit starken Biegungen im Randbereich besteht die Gefahr, dass die untere Scheibenoberfläche U die Kontaktfläche 2 im Bereich zwischen der Presslinie 4B und der Innenkante berührt, was zur Beeinträchtigung der optischen Qualität führen kann. Die Berührung könnte grundsätzlich dadurch verhindert werden, dass die Kontaktfläche 2 steiler ausgerichtet wird. Damit die Kontaktlinie 4 trotzdem die gleiche Horizontaldistanz überstreichen kann, müsste man die Kontaktfläche 2 dann aber erheblich verlängern, was zur Folge hätte, dass die untere Biegeform sehr ausladend, insbesondere unhandlich hoch gestaltet werden müsste und nur schwer in bestehende Anlagen integrierbar wäre.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine untere Pressbiegeform 1 . Zu erkennen ist die rahmenformige Kontaktfläche 2, die von einer zur Mitte weisenden Innenkante 6 und einer nach außen weisenden Außenkante 7 begrenzt wird. Der Kontakt der Kontaktfläche 2 mit der Seitenkante S der Glasscheibe I erfolgt innerhalb eines Bereichs zwischen der rahmenförmigen Erstkontaktlinie 4A und der Presslinie 4B, die beide rahmenartig umlaufend auf der Kontaktfläche 2 angeordnet sind.
Figur 4 zeigt zum Vergleich mit Figur 2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer Vorrichtung mit erfindungsgemäßer unterer Pressbiegeform 1. Die Kontaktfläche 2 ist konvex gekrümmt, insbesondere im Bereich zwischen der Erstkontaktlinie 4A und der Presslinie 4B. Die Krümmung der Kontaktfläche 2 ist der Scheibenkrümmung entgegengesetzt. Durch die Biegung wird der Abstand des unteren Bereichs der Kontaktfläche 2 von der Glasscheibe I erhöht, wodurch auch bei Glasscheiben mit starken Biegungen im Randbereich eine Berührung der unteren Scheibenoberfläche U vermieden werden kann.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt einer weiteren unteren Pressbiegeform 1. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kontaktfläche 2 (begrenzt durch die Innenkante 6 und die Außenkante 7) wird sichergestellt, dass die untere Scheibenoberfläche nicht mit der Kontaktfläche 2 in Berührung kommt. Die untere Scheibenoberfläche und die Kontaktfläche 2 schließen also stets einen Winkel größer 0° ein, der als Freiwinkel α bezeichnet wird. Abhängig von den Krümmungen der Glasscheibe I und der Kontaktfläche 2 kann sich der Freiwinkel α während des Pressbiegens ändern, bleibt aber stets größer als 0°. Der Freiwinkel an der Presslinie 4B sollte vorteilhafterweise größer 3° betragen, beispielsweise 7°.
Der Freiwinkel zwischen den gekrümmten Oberflächen kann exakt bestimmt werden, indem die Tangentialebenen an der jeweiligen Kontaktlinie 4 herangezogen werden.
Figur 6 zeigt schematisch eine untere Pressbiegeform 1 und eine Schwerkraftbiegeform 5, die in einem gemeinsamen Werkzeug kombiniert sind. Die Schwerkraftbiegeform 5 weist eine rahmenförmige Auflagefläche auf, die von der Kontaktfläche 2 des unteren Pressbiegewerkzeugs 1 umrahmt wird. Die Pressbiegeform 1 und die Schwerkraftbiegeform 5 sind relativ zueinander vertikal verschiebbar, so dass eingestellt werden kann, ob die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform 5 oder die Kontaktfläche 2 der Pressbiegeform 1 höher angeordnet ist und folglich die Glasscheibe I tragen kann. Zunächst wird die Glasscheibe I auf der höher angeordneten Schwerkraftbiegeform 5 vorgebogen (Fig. 6a). Die Biegeformen 1 , 5 werden anschließend relativ zueinander verschoben, wobei die Glasscheibe I von der Schwerkraftbiegeform 5 auf die untere Pressbiegeform 1 übergeben (Fig. 6b). Die Übergabe kann durch Bewegung der Schwerkraftbiegeform 5 nach unten, durch Bewegung der Pressbiegeform 1 nach oben oder durch eine Kombination von beidem erfolgen.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms. Bezugszeichenliste:
(1 ) untere Pressbiegeform
(2) Kontaktfläche der unteren Biegeform 1
(3) oberes Pressbiegeform
(4) Kontaktlinie zwischen Glasscheibe I und Kontaktfläche 2 (4A) Erstkontaktlinie
(4B) Presslinie
(5) Schwerkraftbiegeform
(6) Innenkante der Kontaktfläche 2
(7) Außenkante der Kontaktfläche 2 α Freiwinkel zwischen Kontaktfläche 2 und Glasscheibe I
(I) Glasscheibe
(O) obere Scheibenoberfläche der Glasscheibe I
(U) untere Scheibenoberfläche der Glasscheibe I
(S) Seitenkante der Glasscheibe I

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zum Biegen von Glasscheiben, umfassend
- eine untere Pressbiegeform (1 ) mit einer rahmenförmigen Kontaktfläche (2),
- eine obere Pressbiegeform (3) gegenüberliegend der Kontaktfläche (2) angeordnet, wobei die untere Pressbiegeform (1 ) und die obere Pressbiegeform (3) dazu geeignet sind, eine zwischen ihnen befindliche Glasscheibe (I) durch Pressen zu verformen, wobei die Seitenkante (S) der Glasscheibe (I) entlang einer Kontaktlinie (4) auf der Kontaktfläche (2) aufliegt,
wobei die Kontaktlinie (4) während des Pressens von einer Erstkontaktlinie (4A) bis zu einer Presslinie (4B) wandert,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (2) zwischen der Erstkontaktlinie (4A) und der Presslinie (4B) konvex gekrümmt ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei ein Freiwinkel (a) zwischen der Kontaktfläche (2) und der Glasscheibe (I) an der Presslinie (4B) mindestens 3° beträgt, bevorzugt mindestens 5°.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Krümmungsradius der gekrümmten Kontaktfläche (2) höchstens 750 mm beträgt, bevorzugt höchstens 500 mm.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Krümmungsradius der gekrümmten Kontaktfläche (2) in der Richtung von der Erstkontaktlinie (4A) zur Presslinie (4B) zumindest abschnittsweise zunimmt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kontaktflächen der Pressbiegeformen (1 , 3) nicht mit einem Gewebe überzogen sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Abstand zwischen der Erstkontaktlinie (4A) und der Presslinie (4B) von 2 cm bis 50 cm beträgt, bevorzugt von 5 cm bis 30 cm.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die obere Pressbiegeform (3) eine vollflächige Wirkfläche aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die eine Schwerkraftbiegeform (5) mit rahmenförmiger Auflagefläche umfasst und geeignet ist, durch Vertikalverschiebung der Schwerkraftbiegeform (5) und der unteren Pressbiegeform (1 ) zueinander die Glasscheibe (I) von der Schwerkraftbiegeform (5) auf die untere Pressbiegeform (1 ) zu übergeben.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Auflagefläche der Schwerkraftbiegeform (5) einen planen und horizontalen äußeren Bereich, einen geneigten, planen oder gekrümmten mittleren Bereich und einen konvex gekrümmten inneren Bereich aufweist, wobei der innere Bereich stärker gekrümmt ist als der mittlere Bereich.
10. Verfahren zum Biegen von Glasscheiben, umfassend:
(a) Anordnen einer auf mindestens ihre Erweichungstemperatur erwärmten Glasscheibe (I) zwischen einer unteren Pressbiegeform (1 ) mit einer rahmenförmigen Kontaktfläche (2) und einer oberen Pressbiegeform (3) und Herstellen des Kontaktes zwischen der Seitenkante (S) der Glasscheibe (I) und der Kontaktfläche (2) entlang einer Erstkontaktlinie (4A),
(b) Pressbiegen der Glasscheibe (I) zwischen der unteren Pressbiegeform (1 ) und der oberen Pressbiegeform (3), wobei die Seitenkante (S) der Glasscheibe (I) entlang einer Kontaktlinie (4) auf der Kontaktfläche (2) aufliegt, welche während des Pressens von der Erstkontaktlinie (4A) bis zu einer Presslinie (4B) wandert, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (2) zwischen der Erstkontaktlinie (4A) und der Presslinie (4B) konvex gekrümmt ausgebildet ist.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein Freiwinkel (a) zwischen der Kontaktfläche (2) und der Glasscheibe (I) an der Presslinie (4B) mindestens 3° beträgt, bevorzugt mindestens 5°.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 1 1 , wobei die Glasscheibe (I) vor Verfahrensschritt (a) vorgebogen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Glasscheibe (I) auf einer Schwerkraftbiegeform (5) vorgebogen wird und anschließend durch eine Vertikalverschiebung der Schwerkraftbiegeform (5) und der unteren Pressbiegeform (1 ) zueinander auf die untere Pressbiegeform (1 ) übergeben wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Glasscheibe (I) nach Verfahrensschritt (b) thermisch vorgespannt wird.
15. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Biegen von Glasscheiben für Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, bevorzugt zum Biegen von Fensterscheiben von Schienenfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Biegen von Heckscheiben, Seitenscheiben oder Dachscheiben von Personenkraftwagen.
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