WO2023099065A1 - Vorrichtung und verfahren zum erwärmen, insbesondere zum biegen einer glasscheibe - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erwärmen, insbesondere zum biegen einer glasscheibe Download PDF

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WO2023099065A1
WO2023099065A1 PCT/EP2022/078456 EP2022078456W WO2023099065A1 WO 2023099065 A1 WO2023099065 A1 WO 2023099065A1 EP 2022078456 W EP2022078456 W EP 2022078456W WO 2023099065 A1 WO2023099065 A1 WO 2023099065A1
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WO
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nozzles
nozzle
glass pane
gas flow
main surface
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Application number
PCT/EP2022/078456
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Balduin
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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    • 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
    • C03B23/0258—Gravity bending involving applying local or additional heating, cooling or insulating means
    • 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
    • C03B23/035—Re-forming glass sheets by bending using a gas cushion or by changing gas pressure, e.g. by applying vacuum or blowing for supporting the glass while bending
    • C03B23/0352—Re-forming glass sheets by bending using a gas cushion or by changing gas pressure, e.g. by applying vacuum or blowing for supporting the glass while bending by suction or blowing out for providing the deformation force to bend the glass sheet
    • C03B23/0355—Re-forming glass sheets by bending using a gas cushion or by changing gas pressure, e.g. by applying vacuum or blowing for supporting the glass while bending by suction or blowing out for providing the deformation force to bend the glass sheet by blowing without suction directly on the glass sheet
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B29/00—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins
    • C03B29/02—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins in a discontinuous way
    • C03B29/025—Glass sheets

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for heating a glass pane, in particular for bending a glass pane.
  • Bending molds are often used which have a curved active surface and act on the softened glass pane like a stamp, so to speak, in order to adapt its shape to that of the active surface. This can be done under the action of gravity (gravity bending), by suction on the bending mold (suction bending) or by pressing between two complementary bending molds (press bending).
  • Gravity bending by suction on the bending mold (suction bending) or by pressing between two complementary bending molds (press bending).
  • a combination of these methods often occurs in multi-stage bending processes.
  • spherically curved glass panes can be produced with high optical quality by such methods.
  • EP1836136B1 US2004107729A1, EP0531152A2, EP1371616A1, EP255422A1, US5906668A, EP1550639A1 and EP1836136B1.
  • Complex, multi-stage bending processes are necessary, particularly for windshields, for which high demands are made in terms of optical quality.
  • Bending methods are known from WQ2017042037A1 and WQ2017089070A1, in which a glass pane is arranged lying horizontally on a bending mold and a gas stream is applied to it from above.
  • the glass pane In conventional bending processes, the glass pane is heated to bending temperature in a heating chamber or along a heating section in order to make it malleable.
  • the heating can take place by convection or thermal radiation.
  • convection contact with heated air
  • thermal radiation it is only possible to heat the glass pane homogeneously overall.
  • thermal radiation it is possible to generate a temperature profile through a suitable arrangement and design of the thermal radiators. Due to the typically quite extensive heat radiators, however, this temperature profile cannot be formed arbitrarily finely. Since the distance between the heat radiators and the glass pane is relatively large, the efficiency of the heat transfer is also limited. The heat transfer is also disturbed if the glass pane with a IR-reflective coating is provided, as are common, for example, as sun protection coatings or heatable coatings.
  • a bending method is known from WQ2020239304A1, in which an additional heating effect is locally achieved on the glass pane by means of laser radiation.
  • EP2505563A2 discloses a device for bending a glass sheet, wherein the glass sheet is stored horizontally and a gas flow is applied from above through two nozzles, the pressure of the gas flow of both nozzles and the vertical position of both nozzles being independently adjustable.
  • the object of the present invention is to provide an improved device and an improved method for heating a glass pane.
  • the glass pane should be able to be provided with a complex temperature profile and the heating should not be disturbed by any IR-reflecting coating.
  • the device according to the invention for heating a glass pane comprises a bearing which is suitable for storing the glass pane horizontally.
  • the glass panel has first and second major surfaces and a side edge surface extending therebetween.
  • the major surfaces are intended to be viewed through the glass pane and are typically substantially parallel to one another. If the glass pane is stored horizontally, the first main surface points upwards and the second main surface points downwards. That means, that the first main surface faces away from the ground and the second main surface faces the ground.
  • the device according to the invention also comprises a nozzle arrangement which is arranged above the bearing (“upper nozzle arrangement”).
  • the nozzle assembly includes a plurality of nozzles.
  • the nozzles are directed downwards, ie their outlet openings face the ground.
  • the nozzles are directed towards the support, or towards the first main face of the glass pane if it is placed horizontally on the support.
  • the nozzles are suitable for applying a heated gas stream to the first main surface (more precisely: at least one area of the first main surface).
  • a heated gas flow is understood to mean a gas flow which has a temperature which is higher than the ambient temperature.
  • the glass pane is placed horizontally on the support so that the first main surface of the glass pane points upwards and the second main surface points downwards.
  • a heated gas flow is applied to the first main surface of the glass pane by means of the nozzle arrangement which is arranged above the bearing and comprises a plurality of nozzles which are directed onto the first main surface.
  • the device and the method are presented together below, with explanations and preferred configurations relating equally to the device and the method. If preferred features are described in connection with the method, this means that the device is also preferably designed and suitable accordingly. Conversely, if preferred features are described in connection with the device, this means that the method is also preferably carried out accordingly.
  • each nozzle can be adjusted independently of the other nozzles (and is adjusted independently when moving).
  • the glass sheet is initially flat when placed on the support. Their two main surfaces are then arranged essentially plane-parallel.
  • the device and the method according to the invention can be used for various applications. For example, they can be used as part of a bending process, in which the glass pane is provided with a bend. Deformation of the glass sheet begins when the glass sheet has reached its bending temperature, causing it to soften and become malleable.
  • the glass pane is provided with the bend after and/or after the heated gas stream has been applied, preferably during this process, since the gas stream is then not only used for heating, but its mechanical force can also be used to deform the glass pane.
  • the glass pane can be heated very precisely by the nozzle arrangement, it being possible in particular to set the bending temperature differently locally, in each case adapted to the local curvature, in order to ensure high optical quality.
  • the local bending temperature is chosen to be higher, the smaller the local radius of curvature is and/or the larger the local curvature gradient.
  • the bending temperature is above the so-called transition point of the glass pane.
  • the transition point describes the temperature at which the viscosity of the glass pane allows plastic deformation of the glass pane.
  • Suitable bending temperatures are typically in the range from 500° C. to 700° C., preferably from 550° C. to 650° C., in particular when the glass pane is made from soda-lime glass.
  • Suitable temperatures for baking inks typically range from 500°C to 700°C.
  • the temperature of the gas flow of each nozzle can be set individually. Since the individual gas flows can be individually tempered, the glass pane can be provided with a very complex and delicate temperature profile. Nozzles assigned to areas that are to be heated to a greater extent apply a gas stream of higher temperature to them - nozzles that are assigned to areas that are to be heated to a lesser extent apply a gas stream of lower temperature to them.
  • the pressure of the gas flow of each nozzle can be adjusted individually. With a higher gas pressure, the associated area of the glass pane is heated more efficiently than with a lower gas pressure (the higher gas pressure results in a larger gas volume per unit of time, and thus a higher heat input).
  • a complex temperature profile can also be achieved with this configuration, in that areas that are to be heated more intensely are subjected to a gas stream of higher pressure. This configuration is particularly advantageous if the glass pane is heated as part of a bending process, because the gas flow can then be used not only for heating but also for deforming the glass pane.
  • a profile is understood to mean the local distribution of a parameter on the glass pane.
  • the entire glass pane does not have a homogeneous temperature, but there are locally different temperatures, with the temperature profile describing the distribution of the temperatures.
  • a homogeneous pressure of the gas flow is not applied to the entire first main surface, but the pressure of the gas flow differs locally and the pressure profile describes the distribution of the pressure.
  • the vertical position of each nozzle can be adjusted individually.
  • Vertical position can also be referred to as altitude or elevation and can be expressed quantitatively, for example, as distance from the ground or bearing.
  • the distance of the nozzle from the (first main surface the) glass pane can be affected. With a smaller distance, the heating of the associated area of the glass pane is more efficient than with a larger distance.
  • a complex temperature profile can also be achieved with this configuration, in that the distance to the assigned nozzle is set smaller in areas that are to be heated more intensely. This configuration is also particularly advantageous if the glass pane is heated as part of a bending process. The gas flow is not only used to heat the glass pane, but also to deform it.
  • the gas supply is preferably designed as a flexible hose line in order to be able to follow the movement of the nozzle.
  • any combination of two of the parameters described above can be set individually. so can
  • the device then has all the advantages described above and highly complex temperature profiles and, if the heating takes place as part of a bending process, highly complex pane geometries can be realized.
  • At least one of the three possible individually adjustable parameters can be individually adjusted, preferably at least one two, more preferably all three.
  • the "resolution" of the temperature or pressure profile is determined in particular by the number and size of the nozzles, which are to be selected according to the requirements of the application.
  • a further advantage of the invention is that the glass pane is heated by means of the gas flow by (forced) convection and not by heat radiation. IR-reflecting coatings on the glass pane therefore do not interfere with heating.
  • a nozzle is a technical device for influencing the gas flow when passing from a pipe flow into free space.
  • the nozzles are connected to a gas supply, via which the gas flow is fed to them and which they close off.
  • Each nozzle is preferably connected to its own gas supply independently of the others, so that each nozzle is assigned exactly one gas supply and each gas supply is assigned exactly one nozzle. This is advantageous for controlling the pressure and/or temperature of the individual gas streams independently of one another.
  • the devices required for this can be part of the gas supply or the nozzle.
  • the gas supply lines are typically in the form of hoses or pipelines. All gas supplies are preferably connected to a common means for generating a gas flow, for example a fan or compressed air tank.
  • the individual nozzles or their individual gas supplies are preferably equipped with a shut-off device in order to be able to selectively switch off and on the gas flow of each nozzle.
  • the gas flow is preferably an air flow, ie the gas used is air.
  • the nozzle has a nozzle wall with two (typically opposite) openings, namely an inlet opening facing the gas supply and an outlet opening facing away from the gas supply and, in use, facing the glass pane.
  • the wall thickness of the nozzle wall is preferably from 0.1 mm to 10 mm, particularly preferably from 0.5 mm to 5 mm, in particular from 1 mm to 3 mm.
  • the nozzle can essentially be designed in the manner of a hollow cylinder (for example as a vertical hollow circular cylinder), with the inlet and outlet openings forming the base surfaces and the nozzle wall forming the cylinder jacket.
  • the length of the nozzles is preferably from 10 mm to 1000 mm, particularly preferably from 50 mm to 500 mm, very particularly preferably from 100 mm to 250 mm.
  • each nozzle is equipped with a heater.
  • the nozzle wall itself can be heatable or in the nozzle (ie in the flow space of the nozzle surrounded by the nozzle wall) there can be a heatable medium around which the gas flow flows.
  • a preheated gas flow to already be fed to the nozzles.
  • the gas supply of each nozzle is preferably equipped with a heating device, for example a heating coil in the wall of the hose or pipeline.
  • a heating device for example a heating coil in the wall of the hose or pipeline.
  • a combination of heating means in the nozzles and heating means in the feed lines is also conceivable, although this is less preferred due to the increased technical complexity. It is also possible that air that has already been preheated is supplied to the gas supply lines and the final temperature is set by heating means in the nozzles or supply lines.
  • the gas feeds or the nozzles themselves are preferably equipped with means for controlling the quantity of gas flowing through, for example with throttle valves or throttle flaps.
  • the gas feeds or the nozzles themselves are preferably equipped with means for controlling the quantity of gas flowing through, for example with throttle valves or throttle flaps.
  • a further possibility of individually adjusting the pressure of the gas flow is that the spray angle of each nozzle is designed to be adjustable independently of the other nozzles. In this way, the degree of focusing of the gas flow can be set individually for each nozzle. This makes it possible to locally adapt the pressure and the area of the glass pane hit by the gas flow to the requirements of the application.
  • the spray angle is influenced in particular by the cross section of the nozzle in the area of its outlet opening, with a narrowing cross section (in the direction of flow) leading to a strongly focused gas flow and an expanding cross section leading to a less focused, greatly expanded gas flow.
  • a rotatable plate with different openings can be used, which can be moved between different positions by rotating, in each position one of the openings being associated with the nozzle and acting as its exit opening.
  • various nozzles on a turntable, with the desired nozzle being able to be moved into the active position by rotation, where it is supplied with the gas stream.
  • different attachments for the nozzles which lead to different spray angles and which are attached to the nozzles, for example, by means of a screw or bayonet lock.
  • the outlet opening of the nozzle can be adjusted and thereby the spray angle (if the openings in the plate are designed in such a way that they lead to a different spray angle).
  • the adjustable spray angle can also be used in combination with the means for pressure regulation mentioned above (throttle valves or flaps in the nozzles or their gas supply lines).
  • the nozzles are preferably mounted so that they can be vertically displaced independently of one another. It is then possible to move the nozzles as the deflection progresses in order to keep their distance from the glass surface fairly constant.
  • the glass pane is concavely curved, which is understood to mean a curvature in which the first main surface is (at least predominantly) concave and the second main surface is (at least predominantly) convex.
  • the nozzles typically move downwards during bending, with the movement being more pronounced the closer the nozzles are to the disk center (greater bending depth). It is also possible to reduce the distance between some nozzles and the surface of the glass pane in order to locally generate a stronger effect of the gas flow.
  • the angle of attack of the nozzles can also be adjusted independently of one another.
  • the angle of attack can be determined, for example, as the angle of the direction of flow of the nozzles to the vertical.
  • the nozzles are pivot-mounted independently of one another. Pivoting the nozzles affects their distance from the glass sheet and also the angle at which the gas stream hits the main surface of the glass sheet. It is thus possible to pivot the nozzles as the bending progresses, so that their gas stream always hits the glass pane essentially perpendicularly.
  • the nozzles of the upper nozzle arrangement are initially aligned vertically and parallel to one another and fan out as the bending progresses, i.e. they are directed towards the side edge of the glass pane that is closest to them panned. Is a lower nozzle assembly available as a storage, so their Nozzles swiveled in reverse towards the center of the disk.
  • a vertical impingement of the gas flow on the glass pane is the norm and is therefore preferred, any other impingement angle can be realized by the swiveling nozzles, depending on the application.
  • a combination is particularly preferred in which the nozzles are mounted both vertically displaceably and pivotably. In this way, the distance between the nozzles and the glass pane and the angle of the impinging gas stream can be ideally controlled.
  • the nozzles may have the same cross-sectional area along their entire length, flare, taper, or any complex shape.
  • the nozzles preferably taper, i.e. have a cross-sectional area which decreases in the outflow direction along the entire length or part of the length (for example an end section adjoining the outlet opening) in order to focus the gas flow on the first main surface of the glass pane, so to speak.
  • the extent to which the exiting gas flow is focused can be quantified as the spray angle of the nozzle, for example as the angle between the lateral boundary of the exiting gas flow and the central axis, which runs centrally through the nozzle in the direction of flow.
  • a small spray angle means that the gas flow is strongly focused and accordingly only hits a comparatively small area of the first main surface of the glass pane, but with a comparatively high pressure.
  • the spray angle can also be referred to as the exit angle, beam angle or opening angle.
  • either the entire surface of the glass pane can be subjected to the gas flow in order to heat it, or only a partial area of the surface.
  • the latter case occurs, for example, when, as part of a bending process, an area of the pane that is to be bent particularly strongly (particularly small radius of curvature or particularly high curvature gradient) is to be provided with a higher temperature than the rest of the pane or with an additional mechanical temperature Deformation force by the gas flow.
  • the latter case can also occur, for example, when the gas stream is used to burn a screen print into a local area of the disc surface.
  • the nozzles of the nozzle arrangement are preferably arranged one-dimensionally (that is to say linearly) or two-dimensionally (distributed two-dimensionally, that is to say distributed over an area).
  • the number of nozzles in the upper nozzle arrangement is preferably more than two, particularly preferably more than three, very particularly preferably more than five, in particular more than ten.
  • the nozzles of the nozzle arrangement are arranged linearly in the form of a single row (linear or one-dimensional nozzle arrangement).
  • the nozzles of the nozzle arrangement are arranged in a matrix-like manner in the form of several adjacent rows (two-dimensional nozzle arrangement).
  • the nozzles can be arranged in the form of rows and columns, but it is also possible for the nozzles of directly adjacent rows of nozzles to be offset from one another.
  • the nozzles can be arranged in the form of concentric circles.
  • the nozzles can also be arranged irregularly in two dimensions. The person skilled in the art can freely select the arrangement of the nozzles according to the requirements of the specific application.
  • one-dimensional and two-dimensional in relation to nozzle placement refer to a top view of the nozzle openings. It is not necessary that all nozzles are arranged in one plane.
  • the vertical positions of the nozzles can be adjusted independently of one another and are changed during the process. If the nozzles are not arranged in one plane, then strictly speaking a two-dimensional arrangement results from said one-dimensional arrangement and strictly speaking a three-dimensional arrangement results from said two-dimensional arrangement.
  • the one-dimensional nozzle arrangement can also be referred to as a linear nozzle arrangement and the two-dimensional nozzle arrangement as an areal nozzle arrangement (or areally distributed nozzle arrangement).
  • the orthogonal projections of the nozzles are arranged one-dimensionally on a horizontal plane and in said two-dimensional nozzle arrangement, the orthogonal projections of the nozzles are arranged two-dimensionally on a horizontal plane
  • the (two-dimensional) nozzle arrangement is at least as large overall as the glass pane (more precisely, the main surfaces of the glass pane). This means that the gas flow can be applied to the entire first main surface of the glass pane simultaneously.
  • the (one-dimensional or two-dimensional) nozzle arrangement is smaller overall than the glass pane. This means that only a partial area of the first surface can be exposed to the gas flow at the same time.
  • the nozzle array is a two-dimensional nozzle array that is at least as large as the glass pane.
  • the nozzle arrangement impinges the entire first surface simultaneously with the gas flow.
  • the relative arrangement of nozzle arrangement and glass panes can remain constant. However, the nozzle arrangement and the glass pane can also be moved towards one another in order to distribute the gas flow more evenly. Such relative movement can be achieved by movement of the nozzle arrangement or by movement of the (movably mounted) glass pane.
  • the nozzle array is a one-dimensional nozzle array or a two-dimensional nozzle array that is smaller than the glass sheet. Since it is not possible to act on the first main surface simultaneously in this case, the nozzle arrangement and the glass pane must be moved in relation to one another in order to successively apply the gas stream to the first main surface of the glass pane. For this purpose, the nozzle arrangement can be moved (once or several times) over the stationary glass pane or the glass pane (once or several times) under the stationary nozzle arrangement. Of course, both the nozzle arrangement and the glass pane can also be moved, but this is technically more complex and therefore less preferred.
  • the nozzle array is a two-dimensional nozzle array that is at least as large as the glass pane. However, only some of the nozzles are operated, namely those nozzles which are assigned to said partial area of the glass pane. The entire sub-area is simultaneously exposed to the gas flow.
  • the nozzle array is a one-dimensional or two-dimensional nozzle array that is smaller than the glass pane but as large as said portion of the glass pane. In this case, too, the entire partial area is acted upon simultaneously by the gas flow.
  • the nozzle array is a one-dimensional or two-dimensional nozzle array that is smaller than said portion of the glass sheet.
  • the nozzle arrangement In order to provide the device flexibly for different applications and different types of glass panes, it makes sense to provide a two-dimensional nozzle arrangement which is at least as large as all common types of panes. In the specific application, the nozzle arrangement is then usually larger than the glass pane.
  • all of the nozzles or a part of the nozzles covering the first main surface can be operated.
  • a part of the nozzles covering this partial area is operated.
  • the glass pane is mounted horizontally on a bearing.
  • This storage can be designed in different ways.
  • the bearing is designed as a curved support shape.
  • the support mold has a curved support surface (contact surface) to the shape of which the glass pane is to be adapted after heating. This configuration can therefore be used for bending processes and the support mold is at the same time a bending mold.
  • the bearing surface is in contact with the second main surface of the glass pane.
  • the glass pane which is flat in the initial state, does not initially lie on the entire contact surface, but only on a part.
  • the shape of the glass pane adapts to the supporting surface on the one hand under the influence of gravity and on the other hand by the mechanical pressure of the gas flow, so that the bending of the glass pane is determined by the curved supporting surface.
  • the support surface preferably has a concave curvature, as a result of which the glass pane is provided with a concave bend (first main surface concave, second main surface convex).
  • the support surface can be designed like a frame or over the entire surface.
  • a support form with a full support surface is also referred to as a full form or solid support form.
  • Such a bearing surface is intended to cover a large part of the Contact disc surface or even the entire disc surface directly.
  • a support shape having a frame-like support surface only a peripheral portion of the wheel surface is in direct contact with the support surface at or near its side edges, while most of the wheel is not in direct contact with the tool.
  • Such a tool can also be referred to as a ring (retaining ring, jump ring) or frame (frame shape).
  • frame-like bearing surface within the meaning of the invention serves only to distinguish it from a full-surface shape.
  • the supporting surface does not have to form a complete frame, but can also be interrupted.
  • the bearing is designed as a planar support shape.
  • the support mold has a flat support surface on which the flat glass pane rests.
  • Such a planar support shape can be used for processes in which the glass pane is to be heated but not bent, for example to burn in a printing ink.
  • it can also be used in the context of bending processes if the flat support mold is only used to heat the glass pane and the glass pane is then lifted from the support mold and fed to the bending tools.
  • the support surface can be designed in the manner of a frame or over the entire surface.
  • the bearing is designed as a roller conveyor system.
  • the glass sheet is placed directly on the rollers with its second major surface in contact with the rollers.
  • the glass pane is moved under the nozzle arrangement with the roller conveyor system and is exposed to the gas flow there.
  • the glass pane can remain stationary under the nozzle assembly during heating.
  • the method can also be carried out as a continuous method, in which case the glass pane is moved continuously and its first main surface is successively exposed to the gas flow as it passes under the nozzle arrangement.
  • This configuration can also be used for processes in which the glass pane is to be heated but not bent, for example to burn in a printing ink.
  • roller conveyor system is only used to heat the glass pane and the glass pane is then lifted off the roller conveyor system and fed to the bending tools.
  • a treadmill conveyor system can be used instead of a roller conveyor system.
  • the glass pane to the nozzle arrangement is heated and the roller conveyor then runs in a curved shape so that the softened glass pane is curved.
  • opposite rollers can be provided, so that the glass pane is in contact with the rollers on both sides in the manner of a calender.
  • the bearing is designed as a further nozzle arrangement (“lower nozzle arrangement”) which has a plurality of nozzles which are directed towards the second main surface of the glass pane.
  • the lower nozzle assembly is positioned below the glass sheet and the upper nozzle assembly.
  • the nozzles are directed upwards, ie their outlet openings face away from the ground and, when in use, are directed from below onto the second main surface of the glass pane.
  • the nozzles are suitable and are used to apply a gas stream to the second main surface, as a result of which the glass pane is supported in a floating manner.
  • the glass pane does not lie directly on the nozzles, but is carried by the gas flow.
  • the gas flow must be chosen to counteract the gravity of the glass sheet and the force exerted on the glass sheet by the upper nozzle assembly.
  • the upper nozzle arrangement and the lower nozzle arrangement are arranged opposite one another, with the outlet openings of the nozzles facing one another, in the case of use directed at the glass pane lying in between.
  • at least one parameter selected from the group consisting of the temperature of the gas flow, the pressure of the gas flow and the vertical position can be set for each nozzle independently of the others. preferably at least two parameters, particularly preferably all three parameters.
  • the configuration of the bearing as a lower nozzle arrangement can advantageously be used for bending processes, with it being arranged in a floating manner between the nozzle arrangements. On the one hand, it is heated by the gas streams from the upper and lower nozzle arrangement and, on the other hand, deformed when it has reached the bending temperature. It is also carried by the gas flow from the lower nozzle assembly. In such a bending process, the glass pane has no contact whatsoever with the bending tools, so it is a non-contact bending process. As a result, glass panes with a high optical quality can be produced because no tool marks or similar surface quality defects can occur.
  • a complex temperature profile can be generated by an individually adjustable temperature of the gas streams of the individual nozzles of the upper and/or lower nozzle arrangement, with areas of the glass pane that are to be bent more strongly preferably having a higher bending temperature than areas that are to be bent less strongly.
  • individually adjustable pressure of the gas streams of the individual nozzles of the upper and/or lower nozzle arrangement the temperature profile can also be influenced on the one hand and the mechanical force for bending can be adapted locally to the respective degree of curvature on the other.
  • an individually adjustable vertical position of the individual nozzles of the upper and/or lower nozzle arrangement can on the one hand also influence the temperature profile and on the other hand the nozzles can be tracked (in particular continuously) as the glass pane bends, so that their distance from the glass pane is constant remains. In this way, the force acting on the glass pane due to the respective gas flow remains constant and the glass pane can be bent in a very controlled manner.
  • the distance between the nozzles of the upper and/or lower nozzle arrangement it is also possible for the distance between the nozzles of the upper and/or lower nozzle arrangement to be selected to be smaller in one area of the glass pane than in other areas.
  • the nozzles of the upper nozzle arrangement are suitable for subjecting the glass pane to a gas flow.
  • the gas flow is directed towards the glass pane, i.e. the gas flows from the nozzles in the direction of the glass pane.
  • the nozzles are also suitable for applying a suction effect to the first main surface of the glass pane.
  • the gas flow can then be reversed so that the nozzles draw in air instead of ejecting a gas flow. In this way, a partial vacuum can be generated locally on the first surface of the glass pane or an air flow directed from the glass pane to the nozzles can be generated.
  • the device can then advantageously be operated or the method can be carried out in such a way that some of the nozzles (a first group of nozzles, in particular the majority of the nozzles) apply a gas stream to the first main surface of the glass pane, which is necessary in particular for heating the glass pane is also for deforming. Another part of the nozzles (a second group of nozzles, in particular the minority of nozzles) locally creates a suction effect on the first surface. In this way, very complex disc geometries can be generated the suction effect locally counteracts the degree of curvature or even locally an opposite curvature can be generated.
  • the device has a lower nozzle arrangement
  • its nozzles are preferably suitable for subjecting the second main surface of the glass pane to a suction effect.
  • the method can then be carried out in such a way that some of the nozzles (in particular the majority of the nozzles) impinge on the second main surface of the glass sheet with a flow of gas, which is necessary in particular for supporting and heating the glass sheet and also for deforming.
  • Another part of the nozzles (particularly the minority of nozzles) produces a local suction effect on the second surface, as a result of which complex disc geometries can be realized.
  • the gas supply lines of the individual nozzles are not only connected to a (preferably a common) means for generating an overpressure, but also to a (preferably a common) means to generate a suction effect, for example a fan, a vacuum pump or a venturi nozzle.
  • the gas lines also have means for switching between the gas flow and the suction, for example a shut-off device in the lines to the gas flow means and to the suction means, or a suitable valve.
  • the upper nozzle assembly and optionally the lower nozzle assembly may be the only means to heat the glass sheet.
  • the device it is also possible for the device to be equipped with a classic heating device, with which the glass pane is first preheated in order to then bring it to the target temperature with the nozzle arrangement and, if necessary, form a temperature profile.
  • the gas flow of the nozzle arrangement can either additionally heat only local areas of the glass pane (for example where particularly sharp bends occur) or provide the entire glass pane with its final temperature.
  • the heating device is designed, for example, as a heating section or heating chamber, which is equipped with radiant heaters, convection heaters or other heating means.
  • the heating means are preferably arranged both above and below the glass pane.
  • the glass pane is either arranged in a stationary position in the heating chamber or is moved continuously through the heating chamber or along the heating path in a continuous process.
  • the device according to the invention it is possible to simultaneously heat and optionally bend a single glass pane or several glass panes.
  • two or more glass panes are stacked on top of one another, so that their main surfaces are arranged essentially parallel, in particular plane-parallel, and the stack is stored lying horizontally on the support.
  • the first main surface of the uppermost glass pane is, so to speak, the first main surface of the stack, which is acted upon by the gas stream from the upper nozzle arrangement.
  • the second main surface of the lowermost glass pane is, so to speak, the second main surface of the stack, which is optionally acted upon by the gas stream from the lower nozzle arrangement.
  • the glass pane is preferably made from soda-lime glass, but can alternatively also be made from other types of glass such as borosilicate glass or quartz glass.
  • the thickness of the glass pane is typically from 0.1 mm to 10 mm, preferably from 1 mm to 5 mm.
  • the glass pane is preferably used as a vehicle pane or as part of a vehicle pane, the heating according to the invention using the nozzle arrangement being used to bend the glass pane, to burn in a printing ink or to introduce mechanical stresses in a targeted manner.
  • the glass pane can be part of a composite pane, in which case it is connected to another glass pane via a thermoplastic intermediate layer.
  • the intermediate layer is preferably formed by at least one thermoplastic film, in particular based on polyvinyl butyral (PVB), ethylene vinyl acetate (EVA) or polyurethane (PU).
  • Optically clear adhesives OCA: optically clear adhesive', LOCA: liquid optically clear adhesive
  • OCA optically clear adhesive
  • Laminated windows are used in particular as windshields or roof windows, but increasingly also as rear windows or side windows. However, it can also be used as a single pane of glass, in which case it is preferably thermally toughened. Individual panes of glass are used in particular as roof panes, side panes or rear panes.
  • the glass pane can also be used in the construction and architectural sectors, for example as a window pane in a building, in the interior of buildings or as a component of furniture, electrical or electronic devices.
  • the invention is explained in more detail below with reference to a drawing and exemplary embodiments.
  • the drawing is a schematic representation and not to scale. The drawing does not limit the invention in any way.
  • FIG. 1 shows a cross section through an embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 perspective views of different nozzle arrangements according to the invention
  • FIG. 3 top views of the nozzle arrangements from FIG.
  • FIG. 6 shows a cross section through a further embodiment of the device according to the invention in an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 7 shows a further cross section of the device from FIG. 6 in a further embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 8 shows a cross section through a further embodiment of the device according to the invention in a further embodiment of the method according to the invention
  • FIG 9 shows cross sections through three configurations of a nozzle according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention at two points in time when the method according to the invention is carried out.
  • the device comprises a bearing 1 which is designed as a curved support shape with a full-surface support surface.
  • the bearing surface is curved and points upwards.
  • a glass pane I is arranged on the support 1, which is flat in the initial state (FIG. 1a).
  • the glass pane 1 is, for example, a 3.5 mm thick pane of soda-lime glass, which is provided as a side window of a motor vehicle.
  • the glass pane I has a first major surface O pointing upwards and a second major surface U pointing downwards.
  • the glass pane I is to be heated to the bending temperature in order to make it plastically deformable. Then the glass sheet I is to be bent by placing it on the curved supporting surface of the bearing 1.
  • the device further comprises a nozzle arrangement 2 which is formed from a plurality of nozzles 3 .
  • the nozzle assembly 2 is above the bearing 1 and that on it arranged glass pane I positioned. Their nozzles are directed downwards so that they can impinge on the first main surface O with a gas flow.
  • Each nozzle 3 is connected to a gas supply 7, for example a hose line.
  • the gas supply lines 7 are in turn connected to a common supply line 8, for example a pipeline.
  • a gas flow can be generated by a ventilator 9 , which is divided over the supply line 8 to the gas supply lines 7 and fed to the nozzles 3 .
  • the gas stream is directed onto the first main surface O of the glass pane I, starting from the nozzles.
  • the gas flow impinging on the glass pane I is heated.
  • the glass pane I is heated to the bending temperature (for example 650° C.) by the so that it is softened and becomes plastically formable.
  • the glass pane then begins to rest against the curved support surface of the bearing 1 under the influence of gravity and is thereby bent. This process is additionally supported by the gas stream, which exerts a mechanical force on the glass pane I from above and, as it were, presses it into the support surface (FIG. 1b).
  • the deformation of the glass pane is therefore faster on the one hand and more complex bends (for example with locally occurring small radii of curvature) can be produced on the other hand, which are not accessible by pure gravitational bending.
  • At least one of the following parameters can be set individually for each nozzle 3, independently of the other nozzles 3: the temperature T of the gas flow of the nozzle 3, the pressure p of the gas flow of the nozzle 3, the vertical position of the nozzle 3.
  • FIG. 2 perspective view
  • FIG. 3 top view
  • the nozzles are arranged linearly along a single row.
  • Such a nozzle arrangement 2 can be used to heat a local area of the glass pane I or the entire glass pane I by moving it under the nozzle arrangement 2 so that the first main surface is successively coated with the gas flow.
  • FIG. 2b/FIG. 3b shows a two-dimensional nozzle arrangement 2.
  • the nozzles 3 are arranged in the form of a plurality of rows positioned next to one another.
  • the arrangement of the nozzles 3 is matrix-like and consists of rows and columns.
  • FIG. 2c/FIG. 3c also shows a two-dimensional nozzle arrangement 2 with several rows positioned next to one another.
  • the nozzles 3 of adjacent rows are arranged offset in order to achieve denser packing of the nozzles 3 and to apply the gas stream to the first main surface O more uniformly.
  • the gas stream can be applied simultaneously to the entire first main surface O, or only to a local area.
  • the number of nozzles in the figures is only an example and is intended to clarify the principle. If a real vehicle window is to be heated simultaneously, there will typically be a significantly higher number of nozzles.
  • FIG. 4 shows cross sections through two configurations of nozzles 3, in which the temperature of the gas flow directed by them onto the glass pane I can be adjusted individually.
  • the nozzles 3 are equipped with a heating device 6 for this purpose.
  • the nozzles 3 have a nozzle wall 3a with two opposite openings: an inlet opening (in the figure at the top) through which the gas flow from the gas supply 7 enters the nozzle 3, and an outlet opening (in the figure at the bottom) that of the glass pane is facing.
  • the nozzle 3 has a tapered end section adjacent to the outlet opening in order to focus the gas flow.
  • a heat conductor is installed as a heating device 6 in the nozzle wall 3a embedded so that the nozzle wall 3a can be heated to heat the gas flow.
  • a heating device 6 inside the cavity of the nozzle 3, as shown in FIG. 4b. The gas flow flows around this heating device 6 and can be heated.
  • the heating device 6 is a stick-like component which contains, for example, a heating coil. The electrical connections required for the electrical supply of the heating device 6 are not shown in the figure.
  • FIG. 5 illustrates an exemplary application of the method according to the invention.
  • a glass pane I is to be heated and bent, which has a very strong curvature in the edge area (FIG. 5a).
  • the nozzles 3 of the device according to the invention are designed in such a way that the gas stream running through them can be heated individually, the glass pane I can be provided with a temperature profile in which the areas to be bent more strongly have a higher temperature than the areas to be bent less strongly ( Figure 5b).
  • a low bending temperature is advantageous for the optical quality of the glass pane I.
  • the temperature profile can be chosen such that each area of the glass pane I has the bending temperature that is necessary to provide it with the desired bend. In this way, optimal optical quality is achieved.
  • the glass pane I can be subjected to a pressure profile.
  • the areas that are to be bent more severely are subjected to a higher pressure than the areas that are to be bent less severely (FIG. 5c), since a higher force is required for their bending.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention at two points in time when the method according to the invention is carried out.
  • the bearing 1 is designed as a further nozzle arrangement 4, which is referred to as the lower nozzle arrangement.
  • the lower nozzle arrangement 4 also comprises a plurality of nozzles 5 which are directed from below onto the second main surface U of the glass pane I and which impinge on the second main surface U with a gas flow through which the glass pane I is carried.
  • the first main surface O is the Glass pane I subjected to a stream of gas.
  • the glass pane I is thus mounted in a floating position between the nozzle arrangements 2, 4, as it were. It is heated to bending temperature by the heated gas streams (FIG. 6a) and can then be deformed by the mechanical force of the gas streams (FIG. 6b). This bending without contact with a bending tool ensures that the glass pane I has a high optical quality.
  • the nozzles 3, 5 of both nozzle arrangements 2, 4 can be displaced vertically independently of the other nozzles 3, 5 of the respective nozzle arrangement 2, 4. With progressive bending of the glass pane I, the position of the nozzles 3, 5 is changed in such a way that their distance from the glass pane I remains essentially constant. The force which each nozzle exerts on the glass pane I thus remains essentially constant during the bending process.
  • the temperature of the gas stream of each nozzle 3, 5 can preferably be adjusted individually, particularly preferably the pressure of the gas stream of each nozzle 3, 5. Flexible temperature and pressure profiles on the glass pane I can thus be generated.
  • FIG. 7 shows a cross section through the device according to FIG. 6 in a further embodiment of the method according to the invention.
  • the distance between all the nozzles 3, 5 and the glass pane I is not kept constant. Instead, some of the nozzles 3 of the upper nozzle arrangement 2 (the second and third nozzles 3 from the left in the figure) are brought very close to the glass pane I in order to make their effect on the glass pane I more effective, i.e. to exert a greater mechanical force.
  • the bending force can thus be increased locally, for example in order to deform areas of the glass pane I that are to be bent more strongly or to correct bending errors.
  • nozzles 3 can also be brought closer to the glass pane I.
  • One or more subgroups of the nozzles 5 of the lower nozzle arrangement 4 can also be brought closer to the glass pane I.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention at two points in time when the method according to the invention is carried out.
  • the flat pane of glass I is arranged on a bearing 1 (FIG. 8a), which is designed as a support shape with a curved support surface.
  • a bearing 1 FIG. 8a
  • FIG. 8b When heated to the bending temperature, the glass pane I lies against this support surface and is thereby bent (FIG. 8b), on the one hand under the influence of gravity and on the other hand under the influence of the gas flow Nozzle arrangement 2.
  • the nozzles 3 of the nozzle arrangement 2 can be displaced vertically independently of one another, so that their position can be adapted to the progressive bending of the glass pane I.
  • the nozzles 3 can also be pivoted independently of one another.
  • the temperature of the gas flow of each nozzle 3 is preferably also individually adjustable, particularly preferably the pressure of the gas flow of each nozzle 3.
  • FIG. 9 shows cross sections through three configurations of nozzles 3 with the nozzle wall 3a.
  • the nozzles 3 differ in the type of outlet opening.
  • the nozzle tapers in the end section towards the outlet opening
  • the nozzle cross section remains constant
  • the nozzle widens in the end section towards the outlet opening.
  • the spray angle a of the nozzle 3 can be influenced through the outlet opening, for example measured as the angle between the lateral boundary of the exiting gas flow and the central axis running through the nozzle 3 in the direction of flow, as indicated in the figure.
  • the spray angle a is a measure of the extent to which the exiting gas stream is focused or widened, which in turn influences the effect on the first main surface O of the glass pane ( Figure 9(a): small spray angle a, gas stream focused, high pressure, small exposed area ; Figure 9(c): large spray angle a, gas flow expanded, low pressure, large exposed area; Figure 9(b): intermediate).
  • the nozzles 3 can be provided with a fixed outlet opening.
  • each nozzle 3 is equipped with an adjustable outlet opening, so that its spray angle a can be adjusted independently of the other nozzles 3. This further increases the flexibility of the device because the spray angle a can be adjusted locally.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Glasscheibe (I), umfassend:- eine Lagerung (1), die geeignet ist, die Glasscheibe (I) horizontal zu lagern, so dass eine erste Hauptfläche (O) der Glasscheibe (I) nach oben weist und eine zweite Hauptfläche (U) der Glasscheibe (I) nach unten,- eine Düsenanordnung (2) oberhalb der Lagerung (1), die eine Mehrzahl von Düsen (3) umfasst, welche auf die erste Hauptfläche (O) der Glasscheibe (I) gerichtet sind und geeignet sind, die erste Hauptfläche (O) mit einem erwärmten Gasstrom zu beaufschlagen,wobei - die Temperatur des Gasstroms jeder Düse (3) und/oder- der Druck des Gasstroms jeder Düse (3) und/oder- die vertikale Position jeder Düse (3) unabhängig von den anderen Düsen (3) einstellbar ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Erwärmen, insbesondere zum Biegen einer Glasscheibe
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erwärmen einer Glasscheibe, insbesondere zum Biegen einer Glasscheibe.
Fahrzeugscheiben, insbesondere für Personenkraftwagen, sind typischerweise gebogen. Es sind zahlreiche Verfahren zum Biegen von Glasscheiben bekannt. Häufig werden Biegeformen eingesetzt, die eine gekrümmte Wirkfläche aufweisen und gleichsam wie ein Stempel auf die erweichte Glasscheibe wirken, um deren Form an diejenige der Wirkfläche anzupassen. Dies kann unter der Wirkung der Schwerkraft erfolgen (Schwerkraftbiegen), durch Ansaugen an die Biegeform (Saugbiegen) oder durch Pressen zwischen zwei komplementären Biegeformen (Pressbiegen). Häufig tritt auch eine Kombination dieser Verfahren in mehrstufigen Biegeprozessen auf. Durch solche Verfahren sind insbesondere sphärisch gebogene Glasscheiben in hoher optischer Qualität herstellbar. Lediglich beispielhaft sei auf EP1836136B1 , US2004107729A1 , EP0531152A2, EP1371616A1 , EP255422A1 , US5906668A, EP1550639A1 und EP1836136B1 verwiesen. Insbesondere für Windschutzscheiben, für welche hohe Anforderungen hinsichtlich der optischen Qualität gelten, sind aufwändige, mehrstufige Biegeverfahren erforderlich.
Aus WQ2017042037A1 und WQ2017089070A1 sind Biegeverfahren bekannt, bei denen eine Glasscheibe horizontal liegend auf einer Biegeform angeordnet werden und von oben mit einem Gasstrom beaufschlagt werden.
Bei herkömmlichen Biegeverfahren wird die Glasscheibe in einer Heizkammer oder entlang einer Heizstrecke auf Biegetemperatur erwärmt, um sie plastisch formbar zu machen. Die Erwärmung kann dabei durch Konvektion oder Wärmestrahlung erfolgen. Beim Erwärmen durch Konvektion (Kontakt mit erwärmter Luft) ist es lediglich möglich, die Glasscheibe insgesamt homogen zu erwärmen. Beim Erwärmen durch Wärmestrahlung ist es zwar durch eine geeignete Anordnung und Auslegung der Wärmestrahler möglich, ein Temperaturprofil zu erzeugen. Durch die typischerweise recht ausgedehnten Wärmestrahler kann dieses Temperaturprofil jedoch nicht beliebig fein ausgebildet werden. Da der Abstand zwischen Wärmestrahlern und Glasscheibe relativ groß ist, ist die Effizienz der Wärmeübertragung zudem begrenzt. Die Wärmeübertragung wird zudem gestört, wenn die Glasscheibe mit einer IR-reflektierenden Beschichtung versehen ist, wie sie beispielsweise als Sonnenschutzbeschichtungen oder beheizbare Beschichtungen gebräuchlich sind.
Die herkömmlichen Biegeverfahren kommen dadurch an Grenzen, insbesondere wenn komplexe Scheibengeometrien erzeugt werden sollen. Solche komplexen Scheibengeometrien weisen beispielsweisen lokale Bereiche mit starker Krümmung (kleinen Krümmungsradien) und/oder starken Krümmungsänderungen (hohen Krümmungsgradienten) auf. Es wäre wünschenswert, diese lokalen Bereich sehr gezielt und effizient auf eine höhere Temperatur erwärmen zu können, um die komplexen Krümmungen mit hoher optischer Qualität zu erzeugen.
Aus WQ2020239304A1 ist ein Biegeverfahren bekannt, bei dem mittels Laserstrahlung lokal eine zusätzliche Heizwirkung auf der Glasscheibe erreicht wird.
EP2505563A2 offenbart eine Vorrichtung zum Biegen einer Glasscheibe, wobei die Glasscheibe horizontal gelagert wird und von oben durch zwei Düsen mit einem Gasstrom beaufschlagt wird, wobei der Druck des Gasstroms beider Düsen und die vertikale Position beider Düsen unabhängig einstellbar sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Erwärmen einer Glasscheibe bereitzustellen. Dabei soll die Glasscheibe insbesondere mit einem komplexen Temperaturprofil versehen werden können und das Erwärmen soll durch eine etwaige IR-reflektierende Beschichtung nicht gestört werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen einer Glasscheibe umfasst eine Lagerung, die geeignet ist, die Glasscheibe horizontal zu lagern. Die Glasscheibe weist eine erste und eine zweite Hauptfläche auf und eine dazwischen verlaufende Seitenkantenfläche. Die Hauptflächen sind zur Durchsicht durch die Glasscheibe vorgesehen und typischerweise im Wesentlich parallel zueinander angeordnet. Wird die Glasscheibe horizontal gelagert, so weist die erste Hauptfläche nach oben und die zweite Hauptfläche nach unten. Damit ist gemeint, dass die erste Hauptfläche vom Erdboden abgewandt ist und die zweite Hauptfläche dem Erdboden zugewandt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst außerdem eine Düsenanordnung, die oberhalb der Lagerung angeordnet ist („obere Düsenanordnung“). Die Düsenanordnung umfasst eine Mehrzahl von Düsen. Die Düsen sind nach unten gerichtet, ihre Austrittsöffnungen also dem Erdboden zugewandt. Die Düsen sind auf die Lagerung gerichtet, beziehungsweise auf die erste Hauptfläche der Glasscheibe, wenn die auf der Lagerung horizontal gelagert ist. Die Düsen sind geeignet, die erste Hauptfläche (genauer gesagt: zumindest einen Bereich der ersten Hauptfläche) mit einem erwärmten Gasstrom zu beaufschlagen. Unter einem erwärmten Gasstrom wird dabei ein Gasstrom verstanden, der eine Temperatur aufweist, welche höher ist als die Umgebungstemperatur.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Erwärmen einer Glasscheibe wird die Glasscheibe horizontal auf der Lagerung gelagert, so dass die erste Hauptfläche der Glasscheibe nach oben weist und die zweite Hauptfläche nach unten. Die erste Hauptfläche der Glasscheibe wird mittels der Düsenanordnung, die oberhalb der Lagerung angeordnet ist und eine Mehrzahl von Düsen umfasst, welche auf die erste Hauptfläche gerichtet sind, mit einem erwärmten Gasstrom beaufschlagt.
Die Vorrichtung und das Verfahren werden im Folgenden gemeinsam vorgestellt, wobei sich Erläuterungen und bevorzugte Ausgestaltungen gleichermaßen auf Vorrichtung und Verfahren beziehen. Sind bevorzugte Merkmale im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben, so ergibt sich daraus, dass auch die Vorrichtung bevorzugt entsprechend ausgelegt und geeignet ist. Sind umgekehrt bevorzugte Merkmale im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben, so ergibt sich daraus, dass auch das Verfahren bevorzugt entsprechend durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß ist
- die Temperatur des Gasstroms jeder Düse und/oder
- der Druck des Gasstroms jeder Düse und/oder
- die vertikale Position jeder Düse unabhängig von den anderen Düsen einstellbar (und wird beim Verfahren unabhängig eingestellt). Typischerweise und bevorzugt ist die Glasscheibe im Ausgangszustand plan, wenn sie auf der Lagerung angeordnet wird. Ihre beiden Hauptflächen sind dann im Wesentlichen planparallel angeordnet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren können für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. So können sie im Rahmen eines Biegeprozesses eingesetzt werden, wobei die Glasscheibe mit einer Biegung versehen wird. Die Verformung der Glasscheibe setzt ein, wenn die Glasscheibe ihre Biegetemperatur erreicht hat, wodurch sie erweicht und plastisch formbar wird. Die Glasscheibe wird nach und/oder nach dem Beaufschlagen mit dem erwärmten Gasstrom mit der Biegung versehen, bevorzugt währenddessen, da der Gasstrom dann nicht nur zum Erwärmen dient, sondern seine mechanische Kraft auch zum Verformen der Glasscheibe eingesetzt werden kann. Durch die Düsenanordnung kann die Glasscheibe sehr präzise erwärmt werden, wobei es insbesondere möglich ist, die Biegetemperatur lokal unterschiedlich einzustellen, jeweils angepasst an die lokale Krümmung, um eine hohe optische Qualität zu gewährleisten. Insbesondere wird die lokale Biegetemperatur umso höher gewählt, je kleiner der lokale Krümmungsradius ist und/oderje größer der lokale Krümmungsgradient. Die Biegetemperatur liegt oberhalb des sogenannten Übergangspunkts der Glasscheibe. Der Übergangspunkt (transition point) bezeichnet diejenige Temperatur, bei der die Viskosität der Glasscheibe eine plastische Verformung der Glasscheibe zulässt. Geeignete Biegetemperaturen liegen typischerweise im Bereich von 500°C bis 700°C, bevorzugt von 550°C bis 650°C, insbesondere wenn die Glasscheibe aus Kalk-Natron-Glas gefertigt ist.
Es sind aber auch Anwendungen denkbar, bei denen die Glasscheibe erwärmt wird, ohne dass eine Formänderung der Glasscheibe erzeugt wird. Beispiele hierfür sind das Einbrennen einer Druckfarbe oder das Trocknen einer nasschemischen Beschichtung (beispielsweise Sol-Gel-Beschichtung). So tritt bei einer klassischen homogenen Erwärmung (insbesondere mittels Wärmestrahlung) zum Einbrennen eines schwarzen Siebdrucks, wie er bei Fahrzeugscheiben insbesondere als umlaufender Randbereich üblich ist, häufig das Problem auf, dass aufgrund der unterschiedlichen Wärmeabsorption und -kapazität des transparenten und des mit dem Siebdruck versehenen opaken Bereichs optische und auch geometrische Fehler eingebracht werden, was durch eine lokal angepasste Erwärmung durch Konvektion vermieden werden kann. Durch eine lokal angepasste Erwärmung kann außerdem die Ausbildung von mechanischen Spannungen im Glas beeinflusst werden. Geeignete Temperaturen zum Einbrennen von Druckfarben liegen typischerweise im Bereich von 500°C bis 700°C. In einer ersten Ausgestaltung ist die Temperatur des Gasstroms jeder Düse individuell einstellbar. Da die einzelnen Gasströme individuell temperiert werden können, kann die Glasscheibe gezielt mit einem sehr komplexen und feingliedrigen Temperaturprofil gezielt versehen werden. Düsen, die Bereichen zugeordnet sind, die stärker erwärmt werden sollen, beaufschlagen diese mit einem Gasstrom höherer Temperatur - Düsen, die Bereichen zugeordnet sind, die weniger stark erwärmt werden sollen, beaufschlagen diese mit einem Gasstrom geringerer Temperatur.
In einer zweiten Ausgestaltung ist der Druck des Gasstroms jeder Düse individuell einstellbar. Mit einem höheren Gasdruck ist die Erwärmung des zugeordneten Bereichs der Glasscheibe effizienter als mit einem geringeren Gasdruck (aus dem höheren Gasdruck folgt ein größeres Gasvolumen pro Zeiteinheit, dadurch ein höherer Wärmeeintrag). Auch durch diese Ausgestaltung ist dadurch ein komplexes Temperaturprofil erreichbar, indem Bereiche, die stärker erwärmt werden sollen, mit einem Gasstrom höheren Drucks beaufschlagt werden. Besonders vorteilhaft ist diese Ausgestaltung, wenn die Erwärmung der Glasscheibe im Rahmen eines Biegeprozesses erfolgt, weil der Gasstrom dann nicht nur zum Erwärmen, sondern auch zum Verformen der Glasscheibe eingesetzt werden kann. Durch die individuell einstellbaren Düsen sind komplexe Scheibengeometrien realisierbar, wobei Bereiche, die stärker gebogen werden sollen (kleinere Krümmungsradien) mit einem höheren Gasdruck beaufschlagt werden. Es kann also nicht nur ein Temperaturprofil, sondern auch ein Druckprofil erzeugt werden. Dadurch werden sie einerseits stärker erwärmt und andererseits bewirkt der höhere Gasdruck eine stärkere Verformung.
Unter einem Profil wird im Sinne der Erfindung die lokale Verteilung eines Parameters auf der Glasscheibe verstanden. Im Falle eines Temperaturprofils weist also nicht die gesamte Glasscheibe eine homogene Temperatur auf, sondern es liegen lokal unterschiedliche Temperaturen vor, wobei das Temperaturprofil die Verteilung der Temperaturen beschreibt. Im Falle eines Druckprofils wird nicht die gesamte erste Hauptfläche mit einem homogenen Druck des Gasstroms beaufschlagt, sondern der Druck des Gasstroms unterscheidet sich lokal und das Druckprofil beschreibt die Verteilung des Drucks.
In einer dritten Ausgestaltung ist die vertikale Position jeder Düse individuell einstellbar. Die vertikale Position kann auch als Höhe oder Höhenlage bezeichnet werden und beispielsweise als Abstand vom Erdboden oder der Lagerung quantitativ ausgedrückt werden. Durch die Einstellung der Lage kann beispielsweise der Abstand der Düse von der (ersten Hauptfläche der) Glasscheibe beeinflusst werden. Bei einem kleineren Abstand ist die Erwärmung des zugeordneten Bereichs der Glasscheibe effizienter als mit einem größeren Abstand. Auch durch diese Ausgestaltung ist dadurch ein komplexes Temperaturprofil erreichbar, indem bei Bereichen, die stärker erwärmt werden sollen, der Abstand zur zugeordneten Düse geringer eingestellt wird. Auch diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn die Erwärmung der Glasscheibe im Rahmen eines Biegeprozesses erfolgt. Der Gasstrom wird dabei nicht nur zum Erwärmen, sondern auch zum Verformen der Glasscheibe eingesetzt. So ist es möglich, in Bereichen, die stärker verformt werden sollen, einen geringeren Abstand zur zugeordneten Düse zu wählen, um die mechanische Kraftübertragung effizienter zu gestalten. Andererseits ist es auch möglich, die Position der Düsen während des Biegeprozesses nachzuführen, so dass der Abstand zwischen Düse und zugeordnetem Bereich der Glasscheibe stets im Wesentlichen konstant bleibt. Die Position der Düsen wird also kontinuierlich an die zunehmende Verformung der Glasscheibe angepasst, um die mechanische Kraftübertragung konstant zu halten. Die Gaszuführung ist in diesem Fall bevorzugt als flexible Schlauchleitung ausgebildet, um der Bewegung der Düse folgen zu können.
In weiteren Ausgestaltungen sind beliebige Kombinationen von zwei der vorstehend beschriebenen Paramater individuell einstellbar. So können
- die Temperatur und der Druck des Gasstroms jeder Düse,
- die Temperatur des Gasstroms und die vertikale Position jeder Düse oder
- der Druck des Gasstroms und die vertikale Position jeder Düse individuell einstellbar sein, um eine Kombination der vorstehend beschriebenen Vorteile zu erreichen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind sämtliche der vorstehend beschriebenen Paramater individuell einstellbar, also
- die Temperatur des Gasstroms jeder Düse und
- der Druck des Gasstroms jeder Düse und
- die vertikale Position jeder Düse.
Die Vorrichtung weist dann alle vorstehend beschriebenen Vorteile auf und es können hochkomplexe Temperaturprofile und, wenn die Erwärmung im Rahmen eines Biegeprozesses erfolgt, hochkomplexe Scheibengeometrien realisiert werden.
Von den drei möglichen individuell einstellbaren Parametern (Druck, Temperatur, vertikale Position) ist erfindungsgemäß mindestens einer individuell einstellbar, bevorzugt mindestens zwei, besonders bevorzugt alle drei. Bestimmend für die „Auflösung“ des Temperatur- oder Druckprofils sind insbesondere die Anzahl und der Größe der Düsen, die den Erfordernissen im Anwendungsfall entsprechend zu wählen sind.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Glasscheibe mittels des Gasstrom durch (erzwungene) Konvektion beheizt wird, nicht etwa durch Wärmestrahlung. IR- reflektierende Beschichtungen auf der Glasscheibe stören die Erwärmung daher nicht.
Eine Düse ist eine technische Vorrichtung zur Beeinflussung des Gasstroms beim Übertritt von einer Rohrströmung in den freien Raum. Die Düsen sind mit einer Gaszuführung verbunden, über welche ihnen der Gasstrom zugeführt wird und deren Abschluss sie bilden. Bevorzugt ist jede Düse unabhängig von den anderen mit einer eigenen Gaszuführung verbunden, so dass jeder Düse genau eine Gaszuführung zugeordnet ist und jeder Gaszuführung genau eine Düse. Dies ist vorteilhaft, um Druck und/oder Temperatur der einzelnen Gasströme unabhängig voneinander zu steuern. Die hierzu erforderlichen Einrichtungen (Heizvorrichtungen, Druckventile oder ähnliches) können Bestandteil der Gaszuführung oder der Düse sein. Die Gaszuführungen sind typischerweise als Schlauchoder Rohrleitungen ausgebildet. Alle Gaszuführungen sind bevorzugt mit einem gemeinsamen Mittel zur Erzeugung eines Gasstroms verbunden, beispielsweise einem Ventilator oder Druckluftbehälter. Die einzelnen Düsen oder ihre individuellen Gaszuführungen sind bevorzugt mit einer Absperrvorrichtung ausgestattet, um den Gasstrom jeder Düse selektiv abschalten und zuschalten zu können.
Der Gasstrom ist bevorzugt ein Luftstrom, das verwendete Gas also Luft.
Die Düse weist eine Düsenwand auf mit zwei (typischerweise einander gegenüberliegenden) Öffnungen, nämlich einer der Gaszuführung zugewandten Eintrittsöffnung und einer von der Gaszuführung abgewandten und im Einsatzfall der Glasscheibe zugewandten Austrittöffnung. Die Wandstärke der Düsenwand beträgt bevorzugt von 0,1 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere von 1 mm bis 3 mm. Die Düse kann im Wesentlichen hohlzylinderartig ausgebildet sein (beispielsweise als senkrechter hohler Kreiszylinder), wobei die Ein- und Austrittsöffnungen die Grundflächen bilden und die Düsenwand den Zylindermantel. Die Länge der Düsen beträgt bevorzugt von 10 mm bis 1000 mm, besonders bevorzugt von 50 mm bis 500 mm, ganz besonders bevorzugt von 100 mm bis 250 mm. Es gibt im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten, die T emperatur des Gasstroms der einzelnen Düsen individuell einstellbar zu machen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist jede Düse mit einer Heizvorrichtung ausgestattet. Dazu kann beispielsweise die Düsenwand selbst beheizbar sein oder in der Düse (das heißt im von der Düsenwand umgebenen Strömungsraum der Düse) ein beheizbares Mittel vorhanden sein, das vom Gasstrom umflossen wird. Alternativ ist es aber auch möglich, dass den Düsen bereits ein vorgeheizter Gasstrom zugeleitet wird. Dazu ist bevorzugt die Gaszuführung jeder Düse mit einer Heizvorrichtung ausgestattet, beispielsweise Heizwendel in der Wand der Schlauch- oder Rohrleitungen. Natürlich ist auch eine Kombination von Heizmitteln in den Düsen und Heizmitteln in den Zuleitungen denkbar, wobei dies aufgrund des erhöhten technischen Aufwands weniger bevorzugt ist. Es ist auch möglich, dass den Gaszuführungen bereits vorgewärmte Luft zugeleitet wird und die endgültige Temperatur durch Heizmittel in den Düsen oder Zuleitungen eingestellt wird.
Soll der Druck des Gasstroms der einzelnen Düsen individuell einstellbar sein, so sind bevorzugt die Gaszuführungen oder die Düsen selbst mit Mitteln zur Steuerung der durchfließenden Gasmenge ausgestattet, beispielsweise mit Drosselventilen oder Drosselklappen. Alternativ ist es möglich, jede Düse beziehungsweise verschiedene Gruppen von Düsen mit jeweils einem eigenen Mittel zur Erzeugung des Gasstroms zu verbinden, beispielsweise einem eigenen Heißluftventilator. So kann der Druck jeweils durch die Drehzahl des Ventilators eingestellt werden.
Eine weitere Möglichkeit, den Druck des Gasstroms individuell einzustellen, besteht darin, dass der Sprühwinkel jeder Düse unabhängig von den anderen Düsen einstellbar ausgebildet wird. So kann der Grad der Fokussierung des Gasstroms für jede Düse individuell eingestellt werden. Dadurch ist es möglich, den Druck und die vom Gasstrom getroffene Fläche der Glasscheibe den Erfordernissen im Anwendungsfall entsprechend lokal anzupassen. Der Sprühwinkel wird insbesondere durch den Querschnitt der Düse im Bereich ihrer Austrittsöffnung beeinflusst, wobei ein sich (in Strömungsrichtung) verjüngender Querschnitt zu einem stark fokussierten Gasstrom führt und ein sich erweiternder Querschnitt zu einem wenig fokussierten, stark aufgeweiteten Gasstrom führt. Es kann beispielsweise eine drehbare Platte mit unterschiedlichen Öffnungen verwendet werden, welche durch Drehen zwischen verschiedenen Positionen bewegt werden kann, wobei in jeder Position jeweils eine der Öffnungen der Düse zugeordnet ist und als ihre Austrittsöffnung fungiert. Alternativ ist es auch möglich, verschiedene Düsen auf einem Drehteller anzuordnen, wobei durch Drehung die jeweils gewünschte Düse in die aktive Position befördert werden kann, wo sie mit dem Gasstrom versorgt wird. Ebenso ist es möglich, verschiedene Aufsätze für die Düsen vorzusehen, welche zu verschiedenen Sprühwinkeln führen und welche beispielsweise mittels eines Schraub- oder Bajonettverschlusses an den Düsen befestigt werden. So kann durch Drehung der Platte die Austrittsöffnung der Düse eingestellt werden und dadurch der Sprühwinkel (sofern die Öffnungen der Platte derart ausgebildet sind, dass sie zu einem unterschiedlichen Sprühwinkel führen). Der einstellbare Sprühwinkel kann als Weiterbildung der Erfindung aber auch in Kombination mit den vorstehend genannten Mitteln zur Druckregulierung (Drosselventile oder -klappen in den Düsen oder ihren Gaszuführungen) eingesetzt werden.
Um die vertikale Position der Düsen individuell einstellen zu können, sind die Düsen bevorzugt unabhängig voneinander vertikal verschiebbar gelagert. Es ist dann möglich, die Düsen mit fortschreitender Biegung zu bewegen, um ihren Abstand zur Glasoberfläche einigermaßen konstant zu halten. Typischerweise wird die Glasscheibe konkav gekrümmt, worunter eine Krümmung verstanden wird, bei der die erste Hauptfläche (zumindest überwiegend) konkav ausgebildet wird und die zweite Hauptfläche (zumindest überwiegend) konvex. In diesem Fall bewegen sich die Düsen während der Biegung typischerweise nach unten, wobei die Bewegung umso ausgeprägter ist, je näher zur Scheibenmitte die Düsen angeordnet sind (größere Biegungstiefe). Ebenso ist es möglich, den Abstand einiger Düsen zur Oberfläche der Glasscheibe zu verringern, um lokal eine stärkere Wirkung des Gasstroms zu erzeugen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist auch der Anstellwinkel der Düsen unabhängig voneinander einstellbar. Der Anstellwinkel kann beispielsweise bestimmt werden als Winkel der Strömungsrichtung der Düsen zur Vertikalen. Die Düsen sind dazu unabhängig voneinander schwenkbar gelagert. Das Schwenken der Düsen beeinflusst ihren Abstand von der Glasscheibe und außerdem auch den Winkel, mit dem der Gasstrom auf die Hauptfläche der Glasscheibe trifft. So ist es möglich, die Düsen mit fortschreitender Biegung zu schwenken, so dass ihr Gasstrom stets im Wesentlichen senkrecht auf die Glasscheibe trifft. Im Falle einer im Ausgangszustand planen Glasscheibe, die mit einer typischen konkaven Krümmung versehen wird, sind die Düsen der oberen Düsenanordnung zunächst vertikal und parallel zueinander ausgerichtet und fächern mit fortschreitender Biegung gleichsam auf, das heißt sie werden in Richtung der ihnen jeweils nächstliegenden Seitenkante der Glasscheibe geschwenkt. Ist eine untere Düsenanordnung als Lagerung vorhanden, so werden deren Düsen umgekehrt in Richtung der Scheibenmitte geschwenkt. Obwohl ein senkrechtes Auftreffen des Gasstroms auf die Glasscheibe der Regelfall und daher bevorzugt sein wird, sind je nach Anwendungsfall durch die schwenkbaren Düsen beliebige andere Auftreffwinkel realisierbar. Besonders bevorzugt ist eine Kombination, wobei die Düsen sowohl vertikal verschiebbar als auch schwenkbar gelagert sind. So kann der Abstand der Düsen von der Glasscheibe und der Winkel des auftreffenden Gasstroms ideal gesteuert werden.
Die Düsen können entlang ihrer gesamten Länge die gleiche Querschnittsfläche haben, sich erweitern, verjüngen oder beliebige komplexe Formen aufweisen. Bevorzugt verjüngen sich die Düsen, weisen also eine Querschnittsfläche auf, welche in Ausströmungsrichtung entlang der gesamten Länge oder eines Teils der Länge (beispielsweise eines an die Austrittsöffnung angrenzenden Endabschnitts) geringer wird, um den Gasstrom gleichsam auf die erste Hauptfläche der Glasscheibe zu fokussieren. Inwieweit der austretende Gasstrom fokussiert ist, kann als Sprühwinkel der Düse quantifiziert werden, beispielsweise als Winkel zwischen der seitlichen Begrenzung des austretenden Gasstroms und der Mittelachse, welche in Strömungsrichtung mittig durch die Düse verläuft. Ein kleiner Sprühwinkel führt dazu, dass der Gasstrom stark fokussiert ist und dementsprechend nur einen vergleichsweise kleinen Bereich der ersten Hauptfläche der Glasscheibe trifft, diesen dafür aber mit einem vergleichsweise hohen Druck. Der Sprühwinkel kann auch als Austrittswinkel, Abstrahlwinkel oder Öffnungswinkel bezeichnet werden.
Im Sinne der Erfindung kann entweder die gesamte Oberfläche der Glasscheibe mit dem Gasstrom beaufschlagt werden, um sie zu erwärmen, oder nur ein Teilbereich der Oberfläche. Der letzte Fall tritt beispielsweise dann auf, wenn im Rahmen eines Biegeprozesses ein Bereich der Scheibe, der besonders stark gebogen werden soll (besonders kleiner Krümmungsradius oder besonders hoher Krümmungsgradient), mit einer gegenüber der restlichen Scheibe erhöhten Temperatur versehen werden soll oder mit einer zusätzlichen mechanischen Verformungskraft durch den Gasstrom. Der letzte Fall kann beispielsweise auch dann auftreten, wenn der Gasstrom verwendet wird, um einen Siebdruck in einem lokalen Bereich der Scheibenoberfläche einzubrennen.
Die Düsen der Düsenanordnung sind bevorzugt eindimensional (also linear) oder zweidimensional (zweidimensional verteilt, also gleichsam verteilt über eine Fläche) angeordnet. Die Anzahl der Düsen der oberen Düsenanordnung beträgt bevorzugt mehr als zwei, besonders bevorzugt mehr als drei, ganz besonders bevorzugt mehr als fünf, insbesondere mehr als zehn.
Die Düsen der Düsenanordnung sind in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung linear angeordnet in Form einer einzelnen Reihe (lineare oder eindimensionale Düsenanordnung).
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Düsen der Düsenordnung matrixartig angeordnet in Form mehreren benachbarten Reihen (zweidimensionale Düsenanordnung). Die Düsen können dabei gleichsam in Form von Zeilen und Spalten angeordnet sein - es ist aber auch möglich, dass die Düsen einander direkt benachbarter Düsenreihen versetzt zueinander angeordnet sind.
Es sind aber auch andere zweidimensionale Anordnungen denkbar. So können die Düsen beispielsweise in Form konzentrischer Kreise angeordnet sein. Grundsätzlich können die Düsen auch unregelmäßig zweidimensional angeordnet sein. Der Fachmann kann die Anordnung der Düsen den Erfordernissen im konkreten Anwendungsfall entsprechend frei wählen.
Die Begriffe „eindimensional“ und „zweidimensional“ in Bezug auf die Düsenabordnung beziehen sich auf eine Draufsicht auf die Düsenöffnungen. Es ist nicht notwendig, dass alle Düsen in einer Ebene angeordnet sind. In Ausgestaltungen der Erfindung sind die vertikalen Positionen der Düsen darüber hinaus unabhängig voneinander einstellbar und werden während des Verfahrens verändert. Falls die Düsen nicht in einer Ebene angeordnet sind, so ergibt sich aus der besagten eindimensionalen Anordnung streng genommen eine zweidimensionale Anordnung und aus der besagten zweidimensionalen Anordnung streng genommen eine dreidimensionale Anordnung. Die eindimensionale Düsenanordnung kann auch als lineare Düsenanordnung bezeichnet werden und die zweidimensionale Düsenanordnung als flächige Düsenanordnung (oder flächig verteilte Düsenanordnung). Anders ausgedrückt sind bei der besagten eindimensionalen Düsenordnung die Orthogonalprojektionen der Düsen auf eine horizontale Ebene eindimensional angeordnet und bei der besagten zweidimensionalen Düsenanordnung sind die Orthogonalprojektionen der Düsen auf eine horizontale Ebene zweidimensional angeordnet In einer Ausgestaltung ist die (zweidimensionale) Düsenanordnung insgesamt mindestens so groß wie die Glasscheibe (genauer gesagt die Hauptflächen der Glasscheibe). Das bedeutet, dass die gesamte erste Hauptfläche der Glasscheibe simultan mit dem Gasstrom beaufschlagt werden kann. In einer weiteren Ausgestaltung ist die (eindimensionale oder zweidimensionale) Düsenanordnung insgesamt kleiner als die Glasscheibe. Das bedeutet, dass nur ein Teilbereich der ersten Oberfläche simultan mit dem Gasstrom beaufschlagt werden kann.
Soll die gesamte erste Hauptfläche der Glasscheibe mit dem Gasstrom beaufschlagt werden, so sind wiederum verschiedene Ausgestaltungen und Ausführungen möglich:
- Die Düsenanordnung ist eine zweidimensionale Düsenanordnung, die mindestens so groß ist wie die Glasscheibe. Die Düsenanordnung beaufschlagt die gesamte erste Oberfläche simultan mit dem Gasstrom. Die relative Anordnung von Düsenanordnung und Glasscheiben kann dabei konstant bleiben. Die Düsenanordnung und die Glasscheibe können aber auch gegeneinander bewegt werden, um den Gasstrom gleichmäßiger zu verteilen. Eine solche relative Bewegung kann durch die Bewegung der Düsenanordnung oder durch die Bewegung der (beweglich gelagerten) Glasscheibe erreicht werden.
- Die Düsenanordnung ist eine eindimensionale Düsenanordnung oder eine zweidimensionale Düsenanordnung, die kleiner ist als die Glasscheibe. Da eine simultane Beaufschlagung der ersten Hauptfläche in diesem Fall nicht möglich ist, müssen Düsenanordnung und Glasscheibe gegeneinander bewegt werden, um die erste Hauptfläche der Glasscheibe sukzessive mit dem Gasstrom zu beaufschlagen. Dazu kann die Düsenanordnung (einmal oder mehrmals) über die ortsfeste Glasscheibe bewegt werden oder die Glasscheibe (einmal oder mehrmals) unter der ortsfesten Düsenanordnung. Natürlich können auch sowohl Düsenanordnung als auch Glasscheibe bewegt werden, was aber technisch aufwändiger und daher weniger bevorzugt ist.
Soll nur ein Teilbereich der Glasscheibe mit dem Gasstrom beaufschlagt werden, so sind ebenfalls verschiedene Ausgestaltungen und Ausführungen möglich:
- Die Düsenanordnung ist eine zweidimensionale Düsenanordnung, die mindestens so groß ist wie die Glasscheibe. Es wird jedoch nur ein T eil der Düsen betrieben, nämlich diejenigen Düsen, die dem besagten Teilbereich der Glasscheibe zugeordnet sind. Der gesamte Teilbereich wird simultan mit dem Gasstrom beaufschlagt.
- Die Düsenanordnung ist eine eindimensionale oder zweidimensionale Düsenanordnung, die kleiner ist als die Glasscheibe, aber so groß wie der besagte Teilbereich der Glasscheibe. Auch in diesem Fall wird der gesamte Teilbereich simultan mit dem Gasstrom beaufschlagt.
- Die Düsenanordnung ist eine eindimensionale oder zweidimensionale Düsenanordnung, die kleiner ist als der besagte Teilbereich der Glasscheibe. Um den gesamten Teilbereich sukzessive mit dem Gasstrom zu beaufschlagen, werden Glasscheibe und Düsenanordnung relativ zueinander bewegt.
Um die Vorrichtung flexibel für verschiedene Einsatzzwecke und verschiedene Typen von Glasscheiben vorzusehen, ist es sinnvoll, eine zweidimensionale Düsenanordnung vorzusehen, welche mindestens so groß ist wie alle gebräuchlichen Scheibentypen. Im konkreten Anwendungsfall ist die Düsenanordnung dann in der Regel größer als die Glasscheibe. Um die gesamte erste Hauptfläche simultan mit dem Gasstrom zu beaufschlagen, können sämtliche Düsen betrieben werden oder ein die erste Hauptfläche abdeckender Teil der Düsen. Um nur einen Teilbereich der ersten Hauptfläche mit dem Gasstrom zu beaufschlagen, wird ein diesen Teilbereich abdeckender Teil der Düsen betrieben.
Die Glasscheibe wird erfindungsgemäß horizontal auf einer Lagerung gelagert. Diese Lagerung kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist die Lagerung als gebogene Auflageform ausgebildet. Die Auflageform weist eine gekrümmte Auflagefläche (Kontaktfläche) auf, an deren Form die Glasscheibe nach dem Erwärmen angepasst werden soll. Diese Ausgestaltung ist also für Biegeprozesse anwendbar und die Auflageform ist gleichzeitig eine Biegeform. Die Auflagefläche steht mit der zweiten Hauptfläche der Glasscheibe in Kontakt. Die im Ausgangszustand plane Glasscheibe liegt anfangs nicht auf der gesamten Auflagefläche auf, sondern nur auf einem Teil. Nachdem sie auf Biegetemperatur erwärmt und dadurch erweicht wurde, passt sich die Form der Glasscheibe einerseits unter dem Einfluss der Schwerkraft und andererseits durch den mechanischen Druck des Gasstroms an die Auflagefläche an, so dass die Biegung der Glasscheibe durch die gekrümmte Auflagefläche bestimmt wird. Die Auflagefläche weist bevorzugt eine konkave Krümmung auf, wodurch die Glasscheibe mit einer konkaven Biegung versehen wird (erste Hauptfläche konkav, zweite Hauptfläche konvex). Die Auflagefläche kann rahmenartig oder vollflächig ausgebildet sein.
Eine Auflageform mit einer vollflächigen Auflagefläche wird auch als Vollform oder massive Auflageform bezeichnet. Eine solche Auflagefläche ist dafür vorgesehen, einen Großteil der Scheibenoberfläche oder sogar die gesamte Scheibenoberfläche direkt zu kontaktieren. Bei einer Auflageform mit einer rahmenartigen Auflagefläche steht nur ein peripherer Bereich der Scheibenoberfläche an ihren Seitenkanten oder in der Nähe der Seitenkanten mit der Auflagefläche in direktem Kontakt, während der größte Teil der Scheibe keinen direkten Kontakt zum Werkzeug hat. Ein solches Werkzeug kann auch als Ring (Haltering, Biegering) oder Rahmen (Rahmenform) bezeichnet werden. Der Begriff „rahmenartige Auflagefläche“ im Sinne der Erfindung dient lediglich zur Abgrenzung von einer vollflächigen Form. Die Auflagefläche muss keinen vollständigen Rahmen bilden, sondern kann auch unterbrochen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Lagerung als plane Auflageform ausgebildet. Die Auflageform weist eine plane Auflagefläche auf, auf der die plane Glasscheibe aufliegt. Eine solche plane Auflageform ist anwendbar für Prozesse, bei denen die Glasscheibe erwärmt, aber nicht gebogen werden soll, beispielsweise zum Einbrennen einer Druckfarbe. Sie kann aber auch im Rahmen von Biegeprozessen eingesetzt werden, wenn die plane Auflageform lediglich der Erwärmung der Glasscheibe dient und die Glasscheibe anschließend von der Auflageform abgehoben und den Biegewerkzeugen zugeführt wird. Die Auflagefläche kann auch hier rahmenartig oder vollflächig ausgebildet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Lagerung als Rollenfördersystem ausgebildet. Die Glasscheibe wird direkt auf die Rollen aufgelegt, wobei ihre zweite Hauptfläche mit den Rollen in Kontakt steht. Die Glasscheibe wird mit dem Rollenfördersystem unter die Düsenanordnung bewegt und dort mit dem Gasstrom beaufschlagt. Die Glasscheibe kann dabei unter der Düsenanordnung stationär angeordnet bleiben während der Erwärmung. Das Verfahren kann aber auch als Durchlaufverfahren durchgeführt werden, wobei die Glasscheibe kontinuierlich bewegt wird und ihre erste Hauptfläche beim Durchgang unter der Düsenanordnung sukzessive mit dem Gasstrom beaufschlagt wird. Auch diese Ausgestaltung ist anwendbar für Prozesse, bei denen die Glasscheibe erwärmt, aber nicht gebogen werden soll, beispielsweise zum Einbrennen einer Druckfarbe. Sie kann aber auch im Rahmen von Biegeprozessen eingesetzt werden, wobei das Rollenfördersystem lediglich der Erwärmung der Glasscheibe dient und die Glasscheibe anschließend vom Rollenfördersystem abgehoben und den Biegewerkzeugen zugeführt wird. Statt einem Rollenfördersystem kann alternativ auch ein Laufband-Fördersystem verwendet werden. Im Rahmen eines Durchlaufsystems ist es auch möglich, dass die Glasscheibe unter der Düsenanordnung erwärmt wird und der Rollengang anschließend eine in einer gebogenen Form verläuft, so dass die erweichte Glasscheibe gebogen wird. Dabei können einander gegenüberliegende Rollen vorgesehen sein, so dass die Glasscheibe nach Art eines Kalanders beidseitig Kontakt zu den Rollen hat.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Lagerung als weitere Düsenanordnung ausgebildet („untere Düsenanordnung“), welche eine Mehrzahl von Düsen aufweist, die auf die zweite Hauptfläche der Glasscheibe gerichtet sind. Die untere Düsenanordnung ist unterhalb der Glasscheibe und der oberen Düsenanordnung angeordnet. Die Düsen sind nach oben gerichtet, ihre Austrittsöffnungen also vom Erdboden abgewandt und im Einsatzfall von unten auf die zweite Hauptfläche der Glasscheibe gerichtet. Die Düsen sind geeignet und werden dazu eingesetzt, die zweite Hauptfläche mit einem Gasstrom zu beaufschlagen, wodurch die Glasscheibe gleichsam schwebend getragen wird. Die Glasscheibe liegt also nicht direkt auf den Düsen auf, sondern wird durch den Gasstrom getragen. Der Gasstrom muss dazu geeignet gewählt werden, um der Schwerkraft der Glasscheibe sowie der Kraft, die durch die obere Düsenanordnung auf die Glasscheibe ausgeübt wird, entgegenzuwirken. Die obere Düsenanordnung und die untere Düsenanordnung sind einander gegenüberliegend angeordnet, wobei die Austrittsöffnungen der Düsen einander zugewandt sind im Einsatzfall auf die dazwischenliegende Glasscheibe gerichtet sind. Wie auch bei der erfindungsgemäßen oberen Düsenanordnung ist bei der optionalen unteren Düsenanordnung in einer vorteilhaften Ausgestaltung zumindest ein Parameter, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der Temperatur des Gasstroms, dem Druck des Gasstroms und der vertikalen Position, für jede Düse unabhängig von den anderen einstellbar, bevorzugt zumindest zwei Parameter, besonders bevorzugt alle drei Parameter.
Die Ausgestaltung der Lagerung als untere Düsenanordnung ist vorteilhaft für Biegeprozesse anwendbar, wobei sie schwebend zwischen den Düsenanordnungen angeordnet ist. Sie wird durch die Gasströme der oberen und unteren Düsenanordnung einerseits erwärmt und andererseits verformt, wenn sie die Biegetemperatur erreicht hat. Durch den Gasstrom der unteren Düsenanordnung wird sie außerdem getragen. Bei einem solchen Biegeprozess hat die Glasscheibe keinerlei Kontakt zu Biegewerkzeugen, es handelt sich also um ein kontaktloses Biegen. Dadurch können Glasscheiben mit hoher optischer Qualität erzeugt werden, weil keinerlei Werkzeugabdrücke oder ähnliche Störungen der Oberflächenqualität auftreten können. Die Erwärmung der Glasscheibe ist außerdem optimal gleichmäßig, weil die Glasscheibe von unten nicht durch eine Auflageform, Transportrollen oder ähnliches abgeschattet wird. Durch eine individuell einstellbare Temperatur der Gasströme der einzelnen Düsen der oberen und/oder unteren Düsenanordnung kann ein komplexes Temperaturprofil erzeugt werden, wobei stärker zu biegende Bereiche der Glasscheibe bevorzugt eine höhere Biegetemperatur aufweisen als weniger stark zu biegende Bereiche. Durch einen individuell einstellbaren Druck der Gasströme der einzelnen Düsen der oberen und/oder unteren Düsenanordnung kann zum einen ebenfalls das Temperaturprofil beeinflusst werden und zum anderen die mechanische Kraft zum Biegen lokal an den jeweiligen Krümmungsgrad angepasst werden. Stärker zu biegende Bereiche der Glasscheibe werden vorteilhafterweise mit einem höheren Druck beaufschlagt als weniger stark zu biegende Bereiche. Durch eine individuell einstellbare vertikale Position der einzelnen Düsen der oberen und/oder unteren Düsenanordnung kann zum einen ebenfalls das Temperaturprofil beeinflusst werden und zum anderen können die Düsen bei fortschreitender Biegung der Glasscheibe (insbesondere kontinuierlich) nachgeführt werden, so dass ihr Abstand von der Glasscheibe konstant bleibt. So bleibt die durch den jeweiligen Gasstrom auf die Glasscheibe wirkende Kraft konstant und die Glasscheibe kann sehr kontrolliert gebogen werden. Um lokal eine stärkere Heiz- oder Biegewirkung zu erzeugen, ist es aber auch möglich, dass der Abstand der Düsen der oberen und/oder unteren Düsenanordnung in einem Bereich der Glasscheibe geringer gewählt wird als in anderen Bereichen.
Die Düsen der oberen Düsenanordnung sind erfindungsgemäß geeignet, die Glasscheibe mit einem Gasstrom zu beaufschlagen. Der Gasstrom ist auf die Glasscheibe gerichtet, das Gas strömt also von den Düsen in Richtung der Glasscheibe. In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Düsen außerdem geeignet, die erste Hauptfläche der Glasscheibe mit einer Saugwirkung zu beaufschlagen. Der Gasstrom kann dann umgekehrt werden, so dass die Düsen, statt einen Gasstrom auszustoßen, Luft ansaugen. So kann lokal ein Unterdrück auf der ersten Oberfläche der Glasscheibe erzeugt werden beziehungsweise ein von der Glasscheibe zu den Düsen gerichteter Luftstrom erzeugt werden. Die Vorrichtung kann dann vorteilhafterweise derart betrieben werden beziehungsweise das Verfahren derart durchgeführt werden, dass ein Teil der Düsen (eine erste Gruppe von Düsen, insbesondere der Großteil der Düsen) die erste Hauptfläche der Glasscheibe mit einem Gasstrom beaufschlagt, was insbesondere zum Erwärmen der Glasscheibe nötig ist, außerdem zum Verformen. Durch einen anderen Teil der Düsen (eine zweite Gruppe von Düsen, insbesondere der Minderheit der Düsen) wird lokal eine Saugwirkung auf der ersten Oberfläche erzeugt. So können sehr komplexe Scheibengeometrien erzeugt werden, wobei die Saugwirkung dem Krümmungsgrad lokal entgegenwirkt oder sogar lokal eine gegenläufige Krümmung erzeugt werden kann.
Weist die Vorrichtung eine untere Düsenanordnung auf, so sind auf deren Düsen bevorzugt geeignet, die zweite Hauptfläche der Glasscheibe mit einer Saugwirkung zu beaufschlagen. Das Verfahren kann dann derart durchgeführt werden, dass ein Teil der Düsen (insbesondere der Großteil der Düsen) die zweite Hauptfläche der Glasscheibe mit einem Gasstrom beaufschlagt, was insbesondere zum Tragen und Erwärmen der Glasscheibe nötig ist, außerdem zum Verformen. Durch einen anderen Teil der Düsen (insbesondere der Minderheit der Düsen) wird lokal eine Saugwirkung auf der zweiten Oberfläche erzeugt, wodurch komplexe Scheibengeometrien realisierbar werden.
Um die Saugwirkung erzeugen zu können, sind die Gaszuführungen der einzelnen Düsen (in diesem Fall spricht man sinnvollerweise eher von Gasleitungen) nicht nur mit einem (bevorzugt einem gemeinsamen) Mittel zur Erzeugung eines Überdrucks verbunden, sondern auch mit einem (bevorzugt einem gemeinsamen) Mittel zur Erzeugung einer Saugwirkung, beispielsweise einem Ventilator, einer Vakuumpumpe oder einer Venturi-Düse. Die Gasleitungen weisen außerdem Mittel auf, um zwischen dem Gasstrom und der Saugwirkung zu schalten, beispielsweise jeweils eine Absperrvorrichtung in den Leitungen zum Gasstrom- Mittel und zum Saugmittel oder ein geeignetes Ventil.
Die obere Düsenanordnung und gegebenenfalls die untere Düsenanordnung können die einzigen Mittel sein, um die Glasscheibe zu erwärmen. Es ist aber auch möglich, dass die Vorrichtung mit einer klassischen Heizvorrichtung ausgestattet ist, mit der die Glasscheibe zunächst vorgewärmt wird, um sie im Anschluss mit der Düsenanordnung auf die Zieltemperatur zu bringen und gegebenenfalls ein Temperaturprofil auszubilden. Der Gasstrom der Düsenanordnung kann in diesem Fall entweder nur lokale Bereiche der Glasscheibe zusätzlich erwärmen (beispielsweise dort, wo besonders starke Biegungen auftreten) oder die gesamte Glasscheibe mit ihrer finalen Temperatur versehen. Die Heizvorrichtung ist beispielsweise als Heizstrecke oder Heizkammer ausgebildet, welche mit Heizstrahlern, Konvektionsheizungen oder sonstigen Heizmitteln ausgestattet ist. Die Heizmittel sind bevorzugt sowohl oberhalb als auch unterhalb der Glasscheibe angeordnet. Zum Vorwärmen wird die Glasscheibe entweder stationär in der Heizkammer angeordnet oder in einem Durchlaufverfahren kontinuierlich durch die Heizkammer oder entlang der Heizstrecke bewegt. Es ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, eine einzelne Glasscheibe oder auch mehrere Glasscheiben simultan zu erwärmen und gegebenenfalls zu biegen. In letzterem Fall werden zwei oder mehrere Glasscheiben aufeinander gestapelt, so dass ihre Hauptfläche im Wesentlichen parallel, insbesondere planparallel, angeordnet sind und der Stapel wird horizontal liegend auf der Lagerung gelagert. Die erste Hauptfläche der obersten Glasscheibe ist gleichsam die erste Hauptfläche des Stapels, die mit dem Gasstrom der oberen Düsenanordnung beaufschlagt wird. Die zweite Hauptfläche der untersten Glasscheibe ist gleichsam die zweite Hauptfläche des Stapels, die gegebenenfalls mit dem Gasstrom der unteren Düsenanordnung beaufschlagt wird.
Die Glasscheibe ist bevorzugt aus Kalk-Natronglas gefertigt, können aber alternativ auch aus andere Glassorten wie Borsilikatglas oder Quarzglas gefertigt sein. Die Dicke der Glasscheibe beträgt typischerweise von 0,1 mm bis 10 mm, bevorzugt von 1 mm bis 5 mm.
Die Glasscheibe wird bevorzugt als Fahrzeugscheibe oder Bestandteil einer Fahrzeugscheibe verwendet, wobei durch die erfindungsgemäße Erwärmung mittels der Düsenanordnung zum Biegen der Glasscheibe eingesetzt wird, zum Einbrennen einer Druckfarbe oder zum gezielten Einbringen von mechanischen Spannungen. Die Glasscheibe kann Bestandteil einer Verbundscheibe sein, wobei sie über eine thermoplastische Zwischenschicht mit einer weiteren Glasscheibe verbunden ist. Die Zwischenschicht wird bevorzugt durch mindestens eine thermoplastische Folie ausgebildet, insbesondere auf Basis von Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetet (EVA) oder Polyurethan (PU). Auch optisch klare Klebstoffe (OCA: optically clear adhesive’, LOCA: liquid optically clear adhesive) können als Zwischenschicht verwendet werden. Verbundscheiben werden insbesondere als Windschutzscheiben oder Dachscheiben eingesetzt, zunehmend aber auch als Heckscheiben oder Seitenscheiben. Sie kann aber auch als Einzelglasscheibe verwendet werden, wobei sie bevorzugt thermisch vorgespannt wird. Einzelglasscheiben werden insbesondere als Dachscheiben, Seitenscheiben oder Heckscheiben eingesetzt.
Die Glasscheibe kann alternativ aber auch im Bau- und Architekturbereich verwendet werden, beispielsweise als Fensterscheibe eines Gebäudes, im Innenbereich von Gebäuden oder als Bestandteil von Möbeln, elektrischen oder elektronischen Geräten. 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 Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 perspektivische Ansichten verschiedener erfindungsgemäßer Düsenanordnung, Fig. 3 Draufsichten auf die Düsenanordnungen aus Figur 2,
Fig. 4 Querschnitte durch zwei Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Düse,
Fig. 5 schematische Diagramme eines Temperatur- und Druckprofils beim Biegen einer Glasscheibe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 7 einen weiteren Querschnitt der Vorrichtung aus Figur 6 bei einerweiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 8 einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 9 Querschnitte durch drei Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Düse.
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu zwei Zeitpunkten einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst eine Lagerung 1 , welche als gebogene Auflageform ausgebildet ist mit einer vollflächigen Auflagefläche. Die Auflagefläche ist gekrümmt und weist nach oben. Auf der Lagerung 1 ist eine Glasscheibe I angeordnet, welche im Ausgangszustand plan ist (Figur 1a). Die Glasscheibe 1 ist beispielsweise eine 3,5 mm dicke Scheibe als Kalk-Natron-Glas, die als Seitenscheibe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Die Glasscheibe I weist eine erste, nach oben weisende Hauptfläche O auf und eine zweite, nach unten weisende Hauptfläche U.
Die Glasscheibe I soll auf Biegetemperatur erwärmt werden, um sie plastisch verformbar zu machen. Dann soll die Glasscheibe I gebogen werden, indem sie an die gekrümmte Auflagefläche der Lagerung 1 angelegt wird.
Die Vorrichtung umfasst weiter eine Düsenanordnung 2, welche aus einer Mehrzahl von Düsen 3 gebildet wird. Die Düsenanordnung 2 ist oberhalb der Lagerung 1 und der darauf angeordneten Glasscheibe I positioniert. Ihre Düsen sind nach unten gerichtet, so dass sie die erste Hauptfläche O mit einem Gasstrom beaufschlagen können. Jede Düse 3 ist an eine Gaszuführung 7 angeschlossen, beispielsweise eine Schlauchleitung. Die Gaszuführungen 7 wiederum sind an eine gemeinsame Zuleitung 8 angeschlossen, beispielsweise eine Rohrleitung. Durch einen Ventilator 9 kann ein Gasstrom erzeugt werden, welcher über die Zuleitung 8 auf die Gaszuführungen 7 aufgeteilt wird und den Düsen 3 zugeleitet wird. Der Gasstrom ist ausgehend von den Düsen auf die erste Hauptfläche O der Glasscheibe I gerichtet.
Der auf die Glasscheibe I auftreffende Gasstrom ist erwärmt. Die Glasscheibe I wird durch den auf Biegetemperatur (beispielsweise 650°C) erwärmt, so dass sie erweicht und plastisch formbar wird. Die Glasscheibe beginnt dann unter dem Einfluss der Schwerkraft, sich an die gekrümmte Auflagefläche der Lagerung 1 anzulegen, und wird dabei gebogen. Dieser Prozess wird durch den Gasstrom zusätzlich unterstützt, der eine mechanische Kraft von oben auf die Glasscheibe I ausübt und diese gleichsam in die Auflagefläche hineinpresst (Figur 1b). Die Verformung der Glasscheibe ist I dadurch einerseits schneller und andererseits können komplexere Biegungen (beispielsweise mit lokal auftretenden kleinen Krümmungsradien) erzeugt werden, welche durch reines Schwerkraftbiegen nicht zugänglich sind.
Erfindungsgemäß ist zumindest einer der folgenden Parameter individuell für jede Düse 3 einstellbar, unabhängig von den anderen Düsen 3: die Temperatur T des Gasstroms der Düse 3, der Druck p des Gasstroms der Düse 3, die vertikale Position der Düse 3.
Dadurch können zum einen komplexe Temperaturprofile erzeugt werden, um die Biegetemperatur lokal an die Erfordernisse anzupassen, wobei beispielsweise stärker zu biegende Bereiche der Glasscheibe I auf eine höhere Temperatur erwärmt werden. Zum anderen kann die auf die Glasscheibe wirkende Kraft lokal angepasst werden, wobei beispielsweise stärker zu biegende Bereiche der Glasscheibe I mit einem stärkeren Gasstrom beaufschlagt werden. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das damit ausgeführte erfindungsgemäße Verfahren sind daher Glasscheiben in hoher optischer Qualität und mit komplexen Geometrien zugänglich. Figur 2 (perspektivische Ansicht) und Figur 3 (Draufsicht) zeigen je ein Detail verschiedener Ausgestaltungen der Düsenanordnung 2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Figur 2a/Figur 3a sind die Düsen linear angeordnet entlang einer einzelnen Reihe. Ein solche Düsenanordnung 2 kann verwendet werden, um einen lokalen Bereich der Glasscheibe I zu erwärmen oder auch die gesamte Glasscheibe I, indem diese unter der Düsenanordnung 2 bewegt wird, so dass die erste Hauptfläche sukzessive mit dem Gasstrom bestrichen wird.
Figur 2b/Figur 3b zeigt eine zweidimensionale Düsenanordnung 2. Die Düsen 3 sind in Form mehrerer nebeneinander positionierter Reihen angeordnet. Die Anordnung der Düsen 3 ist matrixartig und besteht gleichsam aus Zeilen und Spalten.
Figur 2c/Figur 3c zeigt ebenfalls eine zweidimensionale Düsenanordnung 2 mit mehreren nebeneinander positionierten Reihen. Im Unterschied zur Ausgestaltung der Figur 2b sind aber die Düsen 3 benachbarter Reihen versetzt angeordnet, um eine dichtere Packung der Düsen 3 zu erreichen und die erste Hauptfläche O gleichmäßiger mit dem Gasstrom zu beaufschlagen.
Mit einer zweidimensionalen Düsenanordnung kann die gesamte erste Hauptfläche O simultan mit dem Gasstrom beaufschlagt werden oder auch nur ein lokaler Bereich. Die Anzahl der Düsen in den Figuren ist lediglich beispielhaft und soll das Prinzip verdeutlichen. Soll eine reale Fahrzeugscheibe simultan erwärmt werden, so wird typischerweise eine deutlich höhere Anzahl an Düsen vorhanden sein.
Figur 4 zeigt Querschnitte durch zwei Ausgestaltungen von Düsen 3, bei denen die Temperatur des von ihnen auf die Glasscheibe I gerichteten Gasstroms individuell einstellbar ist. Die Düsen 3 sind dazu mit einer Heizvorrichtung 6 ausgestattet.
Die Düsen 3 weisen eine Düsenwand 3a auf mit zwei einander gegenüberliegenden Öffnungen: eine Eintrittsöffnung (in der Figur oben), durch die der Gasstrom aus der Gaszuführung 7 in die Düse 3 eintritt, und eine Austrittsöffnung (in der Figur unten), die der Glasscheibe zugewandt ist. Die Düse 3 weist einen an die Austrittsöffnung angrenzenden, sich verjüngenden Endabschnitt aus, um den Gasstrom zu fokussieren.
Es ist möglich, die Düsenwand 3a selbst zum Beheizen des Gasstroms zu verwenden. So ist in der Ausgestaltung nach Figur 4a ein Heizleiter als Heizvorrichtung 6 in die Düsenwand 3a eingelagert, so dass die Düsenwand 3a beheizt werden kann, um den Gasstrom zu erwärmen. Es ist aber auch möglich, eine Heizvorrichtung 6 im Innern im Hohlraum der Düse 3 anzuordnen, wie in Figur 4b gezeigt. Diese Heizvorrichtung 6 wird vom Gasstrom umflossen, wobei dieser beheizt werden kann. Die Heizvorrichtung 6 ist ein stiftartiges Bauteil, welches beispielsweise eine Heizspule enthält. Die zur elektrischen Versorgung der Heizvorrichtung 6 nötigen elektrischen Anschlüsse sind in der Figur nicht gezeigt. Statt eingelagerter Heizleiter oder -spulen ist es auch möglich, die Düsenwand 3a oder die stiftartige Heizvorrichtung 6 mit einer externen Heizpatrone zu temperieren. Es ist auch möglich, zusätzlich die Gaszuführung 7 beheizbar auszubilden, so dass der Düse 3 bereits vortemperierte Luft zugeleitet wird.
Figur 5 veranschaulicht einen beispielhaften Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es soll eine Glasscheibe I erwärmt und gebogen werden, die im Randbereich eine sehr starke Krümmung aufweist (Figur 5a). Wenn die Düsen 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart ausgelegt sind, dass der durch sie verlaufende Gasstrom individuell beheizbar ist, so kann die Glasscheibe I mit einem Temperaturprofil versehen werden, bei dem die stärker zu biegenden Bereiche eine höhere Temperatur aufweisen als die weniger stark zu biegenden Bereiche (Figur 5b). Grundsätzlich ist eine niedrige Biegetemperatur vorteilhaft für die optische Qualität der Glasscheibe I. Das Temperaturprofil kann derart gewählt werden, dass jeder Bereich der Glasscheibe I gerade die Biegetemperatur aufweist, die nötig ist, um ihn mit der gewünschten Biegung zu versehen. So wird eine optimale optische Qualität erreicht.
Wenn die Düsen 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart ausgelegt sind, dass der Druck des durch sie verlaufenden Gasstroms individuell einstellbar ist, so kann die Glasscheibe I mit einem Druckprofil beaufschlagt werden. Die stärker zu biegenden Bereiche werden mit einem höheren Druck beaufschlagt als die weniger stark zu biegenden Bereiche (Figur 5c), da für ihre Biegung eine höhere Kraft erforderlich.
Figur 6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu zwei Zeitpunkten einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Lagerung 1 ist als eine weitere Düsenanordnung 4 ausgebildet, welche als untere Düsenanordnung bezeichnet wird. Die untere Düsenanordnung 4 umfasst ebenfalls eine Mehrzahl von Düsen 5, welche von unten auf die zweite Hauptfläche U der Glasscheibe I gerichtet sind und welche die zweite Hauptfläche U mit einem Gasstrom beaufschlagen, durch welchen die Glasscheibe I getragen wird. Durch die obere Düsenanordnung 2 wird die erste Hauptfläche O der Glasscheibe I mit einem Gasstrom beaufschlagt. Die Glasscheibe I ist also gleichsam schwebend zwischen den Düsenanordnungen 2, 4 gelagert. Sie wird durch die erwärmten Gasströme auf Biegetemperatur erhitzt (Figur 6a) und kann dann durch die mechanische Kraft der Gasströme verformt werden (Figur 6b). Durch diese Biegung ohne Kontakt zu einem Biegewerkzeug wird eine hohe optische Qualität der Glasscheibe I sichergestellt.
Die Düsen 3, 5 beider Düsenanordnungen 2, 4 sind unabhängig von den anderen Düsen 3, 5 der jeweiligen Düsenanordnung 2, 4 vertikal verschiebbar. Mit fortschreitender Biegung der Glasscheibe I wird die Position der Düsen 3, 5 derart verändert, dass ihr Abstand von der Glasscheibe I im Wesentlichen konstant bleibt. Die Kraft, welche jede Düsen auf die Glasscheibe I ausübt, bleibt dadurch während des Biegevorgangs im Wesentlichen konstant.
Neben der vertikalen Position ist bevorzugt auf die Temperatur des Gasstroms jeder Düse 3, 5 individuell einstellbar, besonders bevorzugt auch der Druck des Gasstroms jeder Düse 3, 5. So können flexible Temperatur- und Druckprofile auf der Glasscheibe I erzeugt werden.
Figur 7 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Figur 6 bei einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird der Abstand aller Düsen 3, 5 von der Glasscheibe I nicht konstant gehalten. Stattdessen wird ein Teil der Düsen 3 der oberen Düsenanordnung 2 (in der Figur die zweite und dritte Düse 3 von links) sehr stark an die Glasscheibe I angenähert, um ihre Wirkung auf der Glasscheibe I effektiver zu gestalten, also eine größere mechanische Kraft auszuüben. Die Biegekraft kann so lokal erhöht werden, beispielsweise um stärker zu biegende Bereiche der Glasscheibe I stärker zu verformen oder um Biegefehler zu korrigieren.
Natürlich können auch mehrere Untergruppen der Düsen 3 stärker an die Glasscheibe I angenähert werden. Auch eine oder mehrere Untergruppen der Düsen 5 der unteren Düsenanordnung 4 können stärker an die Glasscheibe I angenähert werden.
Figur 8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu zwei Zeitpunkten einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die plane Glasscheibe I ist auf einer Lagerung 1 angeordnet (Figur 8a), die als Auflageform mit gebogener Auflagefläche ausgebildet ist. Auf Biegetemperatur erwärmt legt sich die Glasscheibe I an diese Auflagefläche an und wird dabei gebogen (Figur 8b), einerseits unter dem Einfluss der Schwerkraft, andererseits unter dem Einfluss des Gasstroms der Düsenanordnung 2. Die Düsen 3 der Düsenanordnung 2 sind unabhängig voneinander vertikal verschiebbar, so dass ihre Position an die fortschreitende Biegung der Glasscheibe I angepasst werden kann. Die Düsen 3 sind außerdem unabhängig voneinander schwenkbar. Mit fortschreitender Biegung der Glasscheibe I fächern sie gleichsam auf, so dass der der Auftreffwinkel ihres Gasstroms auf die erste Hauptfläche O im Wesentlichen konstant bleibt, insbesondere im Wesentlichen senkrecht. Die Kraft, welche jede Düse 3 auf die Glasscheibe I ausübt, bleibt dadurch während des Biegevorgangs im Wesentlichen konstant.
Neben der relativen Position ist bevorzugt auch die Temperatur des Gasstroms jeder Düse 3 individuell einstellbar, besonders bevorzugt auch der Druck des Gasstroms jeder Düse 3.
Figur 9 zeigt Querschnitte durch drei Ausgestaltungen von Düsen 3 mit der Düsenwand 3a. Die Düsen 3 unterscheiden sich in der Art der Austrittsöffnung. In Figur 9(a) verjüngt sich die Düse im Endabschnitt zur Austrittsöffnung hin, in Figur 9(b) bleibt der Düsenquerschnitt konstant, in Figur 9(c) erweitert sich die Düse im Endabschnitt zur Austrittsöffnung hin. Durch die Austrittsöffnung kann der Sprühwinkel a der Düse 3 beeinflusst werden, beispielsweise gemessen als Winkel zwischen der seitlichen Begrenzung des austretenden Gasstroms und der in Strömungsrichtung durch die Düse 3 verlaufenden Mittelachse, wie in der Figur angedeutet. Der Sprühwinkel a ist ein Maß dafür, inwieweit der austretende Gasstrom fokussiert beziehungsweise aufgeweitet ist, wodurch wiederum die Wirkung auf der ersten Hauptfläche O der Glasscheibe beeinflusst wird (Figur 9(a): kleiner Sprühwinkel a, Gasstrom fokussiert, hoher Druck, kleine beaufschlagte Fläche; Figur 9(c): großer Sprühwinkel a, Gasstrom aufgeweitet, geringer Druck, große beaufschlagte Fläche; Figur 9(b): dazwischenliegend).
Die Düsen 3 können mit einer festen Austrittsöffnung versehen sein. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist jede Düse 3 mit einer einstellbaren Austrittsöffnung ausgestattet, so dass ihr Sprühwinkel a unabhängig von den anderen Düsen 3 einstellbar ist. Dadurch wird die Flexibilität der Vorrichtung weiter gesteigert, weil der Sprühwinkel a lokal eingestellt werden kann.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele, insbesondere die darin gezeigten Merkmalskombinationen sind lediglich beispielhaft zu verstehen und sind in keiner Weise einschränkend zu deuten. So ist es beispielsweise auch möglich, dass nicht sämtliche Düsen 3, 5 der oberen Düsenanordnung 2 und der etwaigen unteren Düsenanordnung 4 einen Gasstrom auf die Glasscheibe I richten, sondern dass durch eine Untergruppe der Düsen 3, 5 lokal eine Saugwirkung erzeugt wird. Dadurch sind noch komplexere Scheibengeometrien und noch schnellere Biegeprozesse realisierbar. Ebenso ist es beispielsweise möglich, vertikal verschiebbare Düsen 2 wie in Figur 6 mit anderen Lagerungen 1 zu kombinieren, beispielsweise einer gebogenen Auflageform wie in Figur 1 , einer planen Auflageform oder einem Rollenfördersystem.
Bezugszeichenliste:
(1) Lagerung
(2) (obere) Düsenanordnung (3) Düse der (oberen) Düsenanordnung 2
(3a) Düsenwand der Düse 3
(4) (untere) Düsenanordnung
(5) Düse der (unteren) Düsenanordnung 4
(6) Heizvorrichtung der Düse 3 (7) Gaszuführung der Düse 3
(8) Zuleitung der Gaszuführungen 7
(9) Ventilator
(I) Glasscheibe (O) erste Hauptfläche der Glasscheibe I
(U) zweite Hauptfläche der Glasscheibe I
(a) Sprühwinkel einer Düse 3

Claims

27
Patentansprüche Vorrichtung zum Erwärmen einer Glasscheibe (I), umfassend: eine Lagerung (1), die geeignet ist, die Glasscheibe (I) horizontal zu lagern, so dass eine erste Hauptfläche (O) der Glasscheibe (I) nach oben weist und eine zweite Hauptfläche (II) der Glasscheibe (I) nach unten, eine Düsenanordnung (2) oberhalb der Lagerung (1), die eine Mehrzahl von Düsen (3) umfasst, welche auf die erste Hauptfläche (O) der Glasscheibe (I) gerichtet sind und geeignet sind, die erste Hauptfläche (O) mit einem erwärmten Gasstrom zu beaufschlagen, wobei die Temperatur des Gasstroms jeder Düse (3) und/oder der Druck des Gasstroms jeder Düse (3) und/oder die vertikale Position jeder Düse (3) unabhängig von den anderen Düsen (3) einstellbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Düsenanordnung (2) mehr als zwei Düsen (3) umfasst, welche linear oder flächig verteilt angeordnet sind, bevorzugt mehr als drei Düsen (3), besonders bevorzugt mehr als fünf Düsen (3). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Düsen (3) der Düsenanordnung (2) linear in einer Reihe angeordnet sind oder matrixartig in Form von mehreren benachbarten Reihen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede Düse (3) mit einer Heizvorrichtung (6) ausgestattet ist, so dass die Temperatur des Gasstroms jeder Düse (3) unabhängig von den anderen Düsen (3) einstellbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Düsen (3) unabhängig voneinander vertikal verschiebbar sind, um ihre vertikale Position unabhängig voneinander einzustellen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede Düse (3) oder eine an sie angeschlossene Gaszuführung (7) mit einem Drosselventil oder einer Drosselklappe ausgestattet ist oder ein Sprühwinkel (a) jeder Düse (3) unabhängig einstellbar ist, um den Druck ihres Gasstroms unabhängig von den anderen Düsen (3) einzustellen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Düsen (3) unabhängig voneinander schwenkbar gelagert sind, so dass ihr Anstellwinkel unabhängig voneinander einstellbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lagerung (1) als gebogene Auflageform ausgebildet ist mit einer rahmenartigen oder vollflächigen Auflagefläche. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lagerung (1) als plane Auflageform mit einer rahmenartigen oder vollflächigen Auflagefläche oder als Rollenförderung ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lagerung (1) als weitere Düsenanordnung (4) ausgebildet ist mit einer Mehrzahl von Düsen (5), die auf die zweite Hauptfläche (U) der Glasscheibe (I) gerichtet sind und geeignet sind, die zweite Hauptfläche (U) mit einem Gasstrom zu beaufschlagen und die Glasscheibe (I) dadurch zu tragen, wobei bevorzugt die Temperatur des Gasstroms jeder Düse (5) und/oder der Druck des Gasstroms jeder Düse (5) und/oder die vertikale Position jeder Düse (5) unabhängig von den anderen Düsen (5) der weiteren Düsenanordnung (4) einstellbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Düsen (3) außerdem geeignet sind, die erste Hauptfläche (O) mit einer Saugwirkung zu beaufschlagen. Verfahren zum Erwärmen einer Glasscheibe (I), wobei die Glasscheibe (I) horizontal auf einer Lagerung (1) gelagert wird, so dass eine erste Hauptfläche (O) der Glasscheibe (I) nach oben weist und eine zweite Hauptfläche (U) der Glasscheibe (I) nach unten, die erste Hauptfläche (O) der Glasscheibe (I) mittels einer Düsenanordnung (2), die oberhalb der Lagerung (1) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Düsen (3) umfasst, welche auf die erste Hauptfläche (O) gerichtet sind, mit einem erwärmten Gasstrom beaufschlagt wird, wobei die Temperatur des Gasstroms jeder Düse (3) und/oder der Druck des Gasstroms jeder Düse (3) und/oder die vertikale Position jeder Düse (3) unabhängig von den anderen Düsen (3) einstellbar ist. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Glasscheibe (I) im Ausgangszustand plan ist und während und/oder nach dem Beaufschlagen mit dem erwärmten Gasstrom mit einer Biegung versehen wird. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Bereiche der Glasscheibe (I), die mit einer stärkeren Biegung versehen werden, mit einem Gasstrom höherer Temperatur und/oder höheren Drucks beaufschlagt werden als Bereiche der Glasscheibe (I), die mit einer weniger starken Biegung versehen werden, und/oder wobei die ihnen zugeordneten Düsen (3) einen geringeren Abstand zur ersten Hauptfläche (O) aufweisen. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die vertikale Position der Düsen (3) während des Biegens der Glasscheibe (I) derart verändert wird, dass ihr Abstand zur ersten Hauptfläche (O) im Wesentlichen konstant bleibt. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die erste Hauptfläche (O) der Glasscheibe (I) durch eine erste Gruppe von Düsen (3) mit dem Gasstrom beaufschlagt wird und durch eine zweite Gruppe von Düsen (3) mit einer Saugwirkung.
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