<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze voor het maken van een glazen voorwerp met glad oppervlak.
De uitvinding betreft een werkwijze voor het maken van een glazen voorwerp met glad oppervlak. Meer in het bijzonder betreft zij een werkwijze voor het vormen van een diep getrokken glazen voorwerp, dat gedeeltelijk een glad oppervlak heeft, zoals het voorpaneel van een televisieontvanger met geringe dwarsdoorsnede.
Bij het maken van het voorpaneel van een kathodestraalbuis, wordt een gesmolten glasklomp door persen in een bepaalde vorm gebracht, waarna een deel van het voorwerp dat een glad oppervak moet verkrijgen, wordt gepolijst. Bij een andere methode wordt een glasplaat op een mal geplaatst, verhit en onder vacuum vervormd.
Beide bekende methoden hebben nadelen. Bij het persen van een glasklomp zullen indrukken op het oppervlak van het voorwerp achterblijven omdat de gesmolten glasklomp tegen een mal wordt gedrukt. Een gedeelte dat een glad. oppervlak moet verkrijgen dient dan ook na het persen te worden gepolijst. Als gevolg daarvan wordt het aantal bewerkingen vergroot, wordt de produktiviteit nadelig beinvloed en worden de kosten verhoogd.
Bij het vormgeven onder vacuum treden ook nadelen op. Aangezien de kracht voor het vervormen van de glasplaat alleen door vacuum wordt geleverd, dient het te vervormen gedeelte van de glasplaat op hoge temperatuur te worden gehouden. Wordt in die toestand een vacuum aangelegd, dan gaat de dikte van het te vervormen gedeelte sterk achteruit.
Bovendien ontstaan indrukken in de glasplaat nabij het te vervormen gedeelte, als gevolg van contact met een mal.
Bij de vacuummethode kan nog een nadeel ontstaan.
Als de glasplaat namelijk op een mal geplaatst wordt verhit, zal een vlak gedeelte van die glasplaat onvermijdelijk doorbuigen als gevolg van zijn gewicht.
Men kent ook een methode waarbij de glasplaat wordt ingeklemd tussen een mal en een matrijs en dan verhit.
In dat geval werkt altijd een afschuifkracht op de glasplaat in. Door het dieptrekken zal een deel van de glasplaat dat
<Desc/Clms Page number 2>
een zijwand vormt, worden uitgerekt en zal de dikte daarvan afnemen, zodat de mechanische sterkte problematisch wordt. Daarom kan deze methode alleen worden toegepast bij kleine voorwerpen zoals een fluorescentiebuis.
Een gemeenschappelijk probleem bij alle methoden van verhitting en vormgeving van een glasplaat is ook dat tijdens of na het afkoelen gemakkelijk scheuren of doorbuigingen ontstaan als gevolg van een ongelijke temperatuurverdeling bij het begin van de koelbewerking. Probeert men daarentegen de glasplaat in zijn geheel op dezelfde temperatuur als het te vervormen deel te houden, dan zal het gehele oppervlak van het gevormde voorwerp doorbuigen of zullen indrukken op dat oppervlak achterblijven.
De uitvinding beoogt deze problemen te ondervangen.
Met name beoogt zij een vormgevingsmethode te verschaffen waarmee diepgetrokken voorwerpen met glad oppervlak tegen lage prijs en op efficiënte wijze kunnen worden gevormd, en wel vrij van indrukken en zonder vermindering van dikte.
Ter bereiking van dit oogmerk verschaft de uitvinding een werkwijze voor het vormen van een glazen voorwerp met glad oppervlak, welke gekenmerkt is doordat men een glasplaat op een mal plaatst waarvan de afmetingen overeenkomen met de inwendige afmetingen van het te vormen voorwerp en wel zodanig dat de mal in contact komt met een inwendige rand daarvan, doordat men een omtrekszone van de glasplaat verhit op een hogere temperatuur dan het centrale gedeelte van die glasplaat (dat het gladde oppervlak moet vormen) zodat dit gedeelte door zijn gewicht op de mal wordt vervormd, en doordat men de vervormde zone van de glasplaat aandrukt met behulp van een matrijs waarvan de afmetingen overeenkomen met de uitwendige afmetingen van het te vormen voorwerp.
Dient een voorwerp met grote afmetingen te worden gevormd, dan kunnen delen van de mal worden versterkt door een inwendige steun die over een breedt van 2 mm of minder met het centrale deel van de glasplaat in contact komt.
<Desc/Clms Page number 3>
Met deze methode wordt ervoor gezorgd dat het gedeelte van de glasplaat dat de zijwand van het voorwerp zal vormen vooraf door zijn gewicht ombuigt, terwijl het gedeelte dat de gladde wand moet vormen op een betrekkelijk lage temperatuur wordt gehouden. Daarna wordt de glasplaat tussen de mal en de matrijs geperst ter verkrijging van de juiste vorm. Een vermindering van dikte door uitrekking bij het vormen van de zijwand kan zodoende worden verhinderd, terwijl een diepgetrokken vormstuk met een gladde en vlakke wand die vrij van indrukken is, op doeltreffende wijze kan worden gevormd.
De uitvinding wordt nader geillustreerd door de tekening die een uitvoeringsvorm van het te maken produkt en een tweetal uitvoeringsvormen van de vervaardigingswijze bij wijze van voorbeeld weergeeft.
Fig. 1 toont een diepgetrokken voorwerp van glas in perspectief.
Fig. 2 is een doorsnede volgens de lijn A-A' van fig. 1.
Fig. 3 is een dwarsdoorsnede van een op een mal geplaatste glasplaat in een eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding.
Fig. 4 laat dezelfde glasplaat zien na vervorming door verhitting en geeft ook een dwarsdoorsnede door de te gebruiken matrijs.
Fig. 5 is een dwarsdoorsnede door een op een mal geplaatste glasplaat in de tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding.
Fig. 6 toont de glasplaat van fig. 5 na vorming door verhitting, met daarnaast een dwarsdoorsnede door de te gebruiken matrijs.
Fig. 7 toont in dwarsdoorsnede hoe het gevormde glazen voorwerp van de mal uit fig. 5 wordt gelost.
Fig. 8 laat de gehele inrichting ten gebruike bij de eerste en de tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze schematisch in dwarsdoorsnede zien.
Voorafgaand aan een beschrijving van de eerste en de tweede uitvoeringsvorm zal thans aan de hand van fig.
<Desc/Clms Page number 4>
8 een overzicht van het gehele proces worden gegeven, dat voor beide uitvoeringsvormen tezamen geldt.
Eerst wordt een glasplaat G op een mal 11 met steunplaat 10 geplaatst, waarna deze steunplaat 10 op een wagen 53 van roestvrij staal wordt aangebracht. Na het openen van een inlaatdeur 59 wordt de wagen 53 in een oven 51 gevoerd die door een verhittingselement 52 wordt verhit.
In een voorverhittingsruimte 61 wordt de gehele glasplaat G op een temperatuur gebracht die gelijk is aan of hoger dan een temperatuur welke circa 100 C onder het vervormingspunt ligt.
Vervolgens wordt de wagen 53 door rollen 54 naar een ruimte 62 voor locale verhitting gevoerd. In deze ruimte bevindt zich een verhittingsorgaan 65 dat door middel van stangen 57 aan het plafond van de oven 51 hangt. Het verhittingsorgaan 65 bestaat uit een lichaam van gebakken steen 55 waarin verhittingselementen 56 zijn ingebed. In deze ruimte 62 wordt een omtrekszone E van de glasplaat G op een hogere temperatuur dan het centrale gedeelte C van de glasplaat gebracht. Als gevolg daarvan zal de omtrekszone E onder invloed van zijn gewicht worden vervormd.
Vervolgens wordt de wagen 53 door rollen 54 naar een persruimte 63 gevoerd. In deze ruimte 63 wordt de wagen 53 door een perstafel 58 opgetild en wordt de glasplaat G tegen een matrijs 13 van roestvrij staal gedrukt, die een voorafbepaalde vorm heeft.
De wagen 53 wordt daarna op de rollen 54 neergelaten en naar een koelruimte 64 gevoerd, waar de glasplaat G geleidelijk wordt afgekoeld. Ten slotte, na het openen van de uitlaatdeur 60, wordt de wagen 53 uit de oven 51 gevoerd.
Een eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze wordt getoond in fig. 1-4. Fig. 1 laat de buitenzijde van een vormstuk zien dat met deze uitvoeringsvorm is gemaakt, terwijl fig. 2 een dwarsdoorsnede volgens de lijn A-A'van fig. 1 is. Voor het maken van dit diepgetrokken vormstuk wordt een glasplaat G op de wijze van fig. 3 op een mal 11 geplaatst, die aan een steunplaat 10 is bevestigd. De gehele
<Desc/Clms Page number 5>
glasplaat G wordt dan verhit tot een temperatuur die gelijk is aan of hoger is dan een temperatuur welke circa 100 C beneden het vervormingspunt ligt. In dit geval kan de mal 11 afmetingen hebben die overeenkomend met de inwendige afmetingen van het vormstuk, of kan een steunorgaan met soortgelijke afmetingen worden gebruikt en kan de glasplaat G voorafgaand aan de persbewerking naar een geschikte mal 11 worden overgebracht.
De te vervormen omtrekszone E van de glasplaat G wordt op een temperatuur verhit, die gelijk is aan of groter dan een temperatuur (circa 740 C voor natrankalkglas) welke overeenkomt met een viscositeitswaarde (logez met in poises) van 7, 5. Daarentegen wordt het gedeelte C, dat de gladde wand van het vormstuk gaat vormen, selectief verhit op een temperatuur die overeenkomt met een viscositeitswaarde van 14, 5 (circa 492 C) of minder. Bij voorkeur komt deze temperatuur overeen met een viscositeitswaarde in het gebied tussen 13, 5 (circa 530 C) of minder en 12, 4 (circa 560 C) of meer.
Als de temperatuur van het gedeelte C, dat de gladde wand vormt, gelijk is aan of lager dan een tempera-
EMI5.1
tuur overeenkomend met een viscositeitswaarde van 7, kan de glasplaat G bij het persen scheuren of breuken gaan . J vertonen en kan het vormgevingsproces soms worden verstoord.
Is de temperatuur van het gedeelte C daarentegen gelijk aan of hoger dan een temperatuur overeenkomend met een viscositeitswaarde van 12, 4, dan zal de glasplaat G een helder glad oppervlak vertonen. Ten einde te verhinderen dat indrukken op het glasoppervlak achterblijven wordt het gedeelte C bij voorkeur op een temperatuur gehouden die gelijk is aan of lager dan een temperatuur overeenkomend met een een viscositeitswaarde van 13, 5.
Ter verhindering van doorbuiging tijdens het verhitten van de glasplaat G is het doelmatig om een extra steun 12 voor het ondersteunen van de glasplaat G op de mal 11 aan te brengen, vooraf als de glasplaat G groot van afmetingen is. Is een dergelijke steun 12 niet aanwezig, en wordt de temperatuur tijdens de locale verhitting lang-
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
zaam opgevoerd, dan zal de glasplaat G bij verhoging van temperatuur gemakkelijk doorbuigen.
Het gedeelte van de steun 12 dat met de glasplaat G in contact komt dient een breedte van 2 mm of minder en bij voorkeur 1 mm of minder te hebben. 1s de steun 12 breder dan 2 mm en wordt de glasplaat G bij kamertemperatuur op de mal 11 geplaatst, dan zal de glasplaat onmiddellijk plaatselijk door de hete steun 12. kunnen dan scheuren optreden door het temperatuurverschil met het niet verhitte gedeelte.
Door het plaatselijk verhitten van de omtrekszone E van de glasplaat zal deze onder invloed van zijn gewicht worden vervormd, zoals getekend in fig. 4. Daarbij zal de dikte van het vervormde gedeelte vrijwel niet veranderen. Vervolgens wordt de glasplaat G aangedrukt tussen een matrijs 13 en de mal 11, zodat de voorverhitte omtrekzone E in de juiste vorm wordt gebracht. Zodoende wordt een diep getrokken voorwerp gemaakt zonder dat tijdens de vormgeving een vermindering in dikte van de zijwand optreedt.
Wordt het zo gevormde glazen voorwerp direct tot kamertemperatuur afgekoeld, dan kan het voorwerp kromtrekken of breken als gevolg van restspanningen. Er bestaat namelijk een groot temperatuurverschil van meer dan 100 C tussen de omtrekszone E en het centrale deel CJvan de glasplaat. Daarom wordt bij de eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze het temperatuurverschil binnen het glazen vormstuk tot kleiner dan 30 C teruggebracht door het op een temperatuur boven het vervormingspunt van het glas (en temperatuur gelijk aan of hoger dan een temperatuur overeenkomend met een viscositeitswaarde van 14, te houden.
Ter vermindering van de restspanningen in het glazen voorwerp wordt de temperatuur van het glas bij voorkeur op een waarde ingesteld die overeenkomt met een viscositeitswaarde in het gebied van 13, tot 12, Voor natronkalkglas komt dit overeen met een temperatuur tussen 5300C en 560 C. Verlaagd men het temperatuurverschil bij een temperatuur beneden het vervormingspunt, dan kan geen vermindering van de restspanningen worden verkregen. Anderzijds wordt bij een hoge temperatuur
<Desc/Clms Page number 7>
overeenkomend met een viscositeitswaarde van 12, 4 of minder het glas gemakkelijk vervormd. Als het temperatuurverschil groter dan 30 C is, trekt het vormstuk sterk krom en kan geen grote nauwkeurigheid van afmetingen worden verkregen.
In de praktijk van de eerste uitvoeringsvorm trad vrijwel geen vermindering in dikte van de zijwand op.
Met name konden zijwanden met een dikte van 85% of meer van de oorspronkelijke dikte van de glasplaat worden gerealiseerd, hetgeen met een methode met verhitting tussen een mal en een matrijs of met een vacuummethode onmogelijk was. Bovendien konden voorwerpen met een diepte van 20 mm of meer oftewel viermaal de oorspronkelijke dikte van de glasplaat worden bereikt.
De kenmerken van de eerste uitvoeringsvorm komen vooral tot uiting bij het maken van een vormstuk met scherpe hoeken, waarin de verhouding h/x tussen de hoogte h van de zijwand en de overspanning x van die zijwand (fig. 2) een waarde van 1, 5 of meer en gewoonlijk 4, 5 of meer heeft.
Uit een 4 mm dikke glasplaat werd met de genoemde methode een vormstuk G gemaakt met een plat bodemoppervlak van 290 x 218 (mm), een hoogte h van de zijwand van 80 mm en een verhouding h/x van 5, 67. De zijwand had een dikte van circa 3, 7 mm, oftewel iets meer dan 90% van de oorspronkelijke plaatdikte. De gladde wand van het vormstuk was vrij van indrukken en vertoonde slechts een kromtrekking van circa 100 Am. Deze mate van kromtrekken was slechts 1/3 van de waarde verkregen zonder gebruik van een extra steun 12. Verder kon uit een glasplaat van 4 mm dikte een vormstuk worden gemaakt met een vlakke bodem C van 930 x 610 (mm), een hoogte h van de zijwand van 44 mm en een verhouding h/x van 1, 5.
In dat geval had de zijwand een dikte van 3, 8 (95% van de oorspronkelijke dikte) of meer en was de mate van kromtrekken 500#um of minder.
Met de eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kan zodoende uit een glasplaat G een driedimensionaal glazen vormstuk met vlakke bodem worden gevormd zonder sterke vermindering in dikte van de zijwand.
Het vormstuk heeft voldoende mechanische sterkte en is ge-
<Desc/Clms Page number 8>
schikt als frontpaneel of kamer voor een televisietoestel van geringe afmetingen en gering gewicht.
Een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt geillustreerd in de fig. 5-7. Ook in dit geval dient een glazen vormstuk volgens fig. 1 en 2 te worden gemaakt. Op dezelfde wijze als bij de eerste uitvoeringsvorm wordt een omtrekszone E van de glasplaat G plaatselijk verhit, zodat deze zone door zijn gewicht zal worden vervormd. Vervolgens wordt de glasplaat aangedrukt en aan vormgeving onderworpen tussen een matrijs 13 en een mal 11 (fig. 5 en 6).
Ter verhindering van een ongelijkmatige temperatuurverdeling in het vormstuk, veroorzaakt door de warmtecapaciteit en de warmte-geleidbaarheid van de mal 11 en de steunplaat 10, wordt het vormstuk bij deze uitvoeringsvorm na het persen van de mal 11 afgelicht door middel van een steunorgaan 40, dat met bekende middelen zoals een pneumatische cilinder 41 omhoog bewogen wordt (fig. 7). Vervolgens wordt hete lucht met een snelheid van 30-120 liter/min. m2 vanuit een leiding 31 met uitlaat 30 tegen het glasoppervlak geblazen ten einde de temperatuur van het vormstuk G gelijkmatig te maken. In de leiding 31 bevinden zich een ventilator 33, een verhitter 32 en een niet getekende temperatuurregelaar. De hete lucht heeft een temperatuur (circa 530-560oC of minder voor natronkalkglas) die overeenkomt met een viscositeitswaarde voor het glas van 13, 5-12, 4.
Als de temperatuur van de hete lucht lager is dan overeenkomt met de viscositeitswaarde van 13, 5 (dat wil zeggen lager dan 5300C voor natronkalkglas) zullen in het glas ongewenste restspanningen kunnen ontstaan. Als de temperatuur van de hete lucht hoger is dan overeenkomt met een viscositeitswaarde van 12, 4 (dat wil zeggen hoger dan 560 C voor natronkalkglas) dan wordt de temperatuur van het glas tijdens de conditionering te hoog en kan een ongewenst kromtrekken het gevolg zijn.
Is de stroomsnelheid van de hete lucht kleiner dan 30 liter/min. m2, dan duurt het gelijkmatig maken van de temperatuur te lang. Is de stroomsnelheid daarentegen groter dan 120 liter ! min. m2, dan wordt een sterke luchtdruk op het glas
<Desc/Clms Page number 9>
uitgeoefend, hetgeen niet gewenst is voor een vormstuk dat vlak moet blijven. Verder wordt opgemerkt dat de hete lucht ook tegen beide zijden van het vormstuk G kan worden geblazen.
In dat geval kan de stroomsnelheid worden vergroot indien de luchtstromen aan boven-en onderzijde goed in evenwicht zijn. De tijdsduur van het blazen van hete lucht wordt vastgesteld in afhankelijkheid van de temperatuurverdeling in het glas. Gewoonlijk kan de temperatuur van het gehele glazen voorwerp binnen 1 tot 2 min. gelijkmatig worden gemaakt.
Daarna wordt het vormstuk geleidelijk of gelijkmatig afgekoeld ter verkrijging van een glazen voorwerp.
Met deze methode kunnen de temperatuurverschillen binnen het glazen vormstuk tot 300e of minder worden teruggebracht terwijl het glazen vormstuk G op een temperatuur overeenkomend met het vervormingspunt van het glas of hoger (dat wil zeggen een temperatuur gelijk aan of hoger dan een temperatuur overeenkomend met een viscositeitswaarde van 14, 5) wordt gehouden. Zelfs kan de temperatuur van het glazen voorwerp worden verhoogd tot een temperatuur overeenkomend met een viscositeitswaarde van 13, 5-12, 4 (dat wil zeggen 530-560*C voor natronkalkglas). Wil men de temperatuurverschillen verminderen bij een temperatuur beneden het vervormingspunt, dan kan geen vermindering van restspanningen worden verkregen.
Werkt men anderzijds bij hoge temperaturen overeenkomend met een viscositeitswaarde van 12, 4 of minder, dan wordt het glas gemakkelijk vervormd en treden complicaties op. Zijn de temperatuurverschillen groter dan 30 C, dan is de mate van kromtrekken in het vormstuk aanzienlijk en kan men geen grote nauwkeurigheid van afmetingen verkrijgen.
Bij de tweede van de werkwijze treedt vrijwel geen vermindering in dikte van de zijwand op zodat een voorwerp van goede kwaliteit kan worden gevormd, in tegenstelling tot de bekende methode waarin de glasplaat tussen een mal en een matrijs wordt verhit en de bekende vacuummethode.
Uit een glasplaat van 4 mm dikte werd met de tweede uitvoeringsvorm een vormstuk G gemaakt met een vlakke bodem van 290 x 218 (mm), een hoogte voor de zijwand van
<Desc/Clms Page number 10>
80 mm en een verhouding h/x van 5, 67. Na het vormen, toen de omtrekszone E van het vormstuk een temperatuur van circa 7000C en het vlakke deel C een temperatuur van circa 5400C had, werd gedurende 2 minuten hete lucht van 5300C met een snelheid van circa 60 liter/min. m2 uit de uitlaat 30 tegen de binnenzijde van het glas geblazen. Daarna werd het vormstuk in een koeloven geplaatst en daarin gelijkmatig afgekoeld tot kamertemperatuur. De mate van kromtrekken van het verkregen voorwerp was circa 100/im of minder. De zijwand had een dikte van circa 3, 7 mm, dat wil zeggen iets meer dan 90% van de oorspronkelijke dikte van de plaat.
Op het gladde oppervlak van het vormstuk werden geen indrukken waargenomen.
Verder werd een vormstuk gemaakt met een glad bodemgedeelte van 930 x 610 (mm), een hoogte van de zijwand van 44 mm en een verhouding h/x van 1, 5. Na het persen, toen de omtrekszone E van het vormstuk een temperatuur van circa 7000C en het bodemgedeelte C een temperatuur van circa 5100C had, werd hete lucht van 550 C gedurende 1, 5 min. vanuit de uitlaat 30 met een snelheid van 100 liter/
EMI10.1
min. tegen de binnenzijde van het glas geblazen, waardoor het temperatuurverschil aan het oppervlak tot 10 C of minder daalde. Daarna werd het gehele vormstuk geleidelijk afgekoeld. Het zo verkregen vormstuk had een mate van kromtrekken van 300/im of minder en de dikte van de zijwand was 3, 8 mm of meer (95% van de oorspronkelijke dikte). Bovendien werden geen indrukken waargenomen.
Met de tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kan derhalve een vormstuk G uit een glasplaat worden gevormd zonder vermindering in dikte van de zijwand en zonder beschadigingen door ongelijkheid van temperatuur binnen het vormstuk vlak na de vormgeving.