CH615654A5 - Process for heat treatment of glass and fluidised bed for carrying out the process - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Glas, gemäss Oberbegriff von Anspruch 1, und ein fluidisiertes Bett zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung lässt sich beispielsweise anwenden beim Wärme vorspannen von Glasgegenständen, z. B. flachen oder gewölbten Glasscheiben. Solche thermisch vorgespannten Glasscheiben können zur Einzelverwendung als Kraftfahrzeug-Windschutzscheibe oder als Teil einer laminierten Kraftfahrzeug-Windschutzscheibe, als Seitenleuchte oder Rückleuchte für ein Kraftfahrzeug oder zur Verwendung beim Aufbau von Windschutzscheibeneinheiten für Flugzeuge und Eisenbahnlokomotiven oder bei der Fertigung von Fenstern für Schiffe oder für architektonische Zwecke bestimmt sein. Andere Glasgegenstände, wie z. B. gepresste oder geblasene Glasgegenstände, können nach dem erfindungsgemässen Verfahren thermisch vorgespannt werden.

Die Zugfestigkeit eines Glasgegenstandes lässt sich durch einen Wärmevorspannungsprozess steigern, bei dem das Glas auf eine dessen Erweichungspunkt nahekommende Temperatur erhitzt wird, worauf ein rasches Abkühlen oder Abschrek-ken der Glasoberflächen folgt, um Temperaturgradienten vom Zentrum zur Oberfläche durch die Wanddicke des Glases hindurch zu erzeugen. Diese Temperaturgradienten werden aufrechterhalten, während man das Glas durch seinen Vorspan-nungs-Entspannungspunkt abkühlt. Dies führt zu Druckspannungen in den Oberflächenschichten der Glasscheibe mit kompensierenden Zugspannungen im zentralen Kern der Wanddicke der Glasscheibe.

Üblicherweise wird dieser Wärmevorspannungsprozess unter Verwendung von Kühlluft durchgeführt, die man gleichmässig auf beide Oberflächen der Glasscheibe richtet, doch ist es schwierig, unter Verwendung von Luftströmen einen hohen Grad der Vorspannung zu erzielen, besonders wenn man Glasscheiben von 3 mm Dicke oder weniger behandelt. Versuche zur Steigerung des Vorspannungsgrades einer Glasscheibe durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft können Veranlassung zum Verlust an optischer Qualität der Oberflächen des Glases und zum Verziehen der Gestalt der Glasscheibe infolge der Schüttelwirkung der Kühlluft geben.

Nach einem anderen Wärmevorspannungsverfahren wird eine Glasscheibe bei einer Temperatur nahe dem Erweichungspunkt des Glases in einer Kühlflüssigkeit abgeschreckt. Nach diesem Verfahren lassen sich hohe Spannungen erzeugen. Die Glasscheiben müssen nach dem Abschrecken gereinigt werden.

Es wurde auch ein Wärmevorspannen einer Glasscheibe nach einem Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine heisse Glasscheibe in ein praktisch frei brodelndes fluidisiertes Bett \on festen Teilchen, z. B. Sand, eingetaucht wird.

Ein solches Verfahren wurde jedoch noch nicht zum industriellen Einsatz gebracht.

Das Hauptproblem, das angetroffen wurde, wenn man versuchte, ein solches Bett für das Wärmevorspannen von Glas in Betrieb zu setzen, ist der hohe Bruchausschuss der Glasscheiben während ihrer Behandlung im fluidisierten Bett. Der

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Bruch einer Glasscheibe während ihres Abschreckens in einem frei brodelnden fluidisierten Bett wird vermutlich in der Vorderkante der Glasscheibe infolge einer ungleichmässigen Abkühlung verursacht, wenn die Vorderkante in das einen Zustand von blasiger oder aggregatartiger Fluidisierung aufweisende Teilchenbett eintritt.

Der Verlust an Glasscheiben infolge von Bruch ist besonders ernstlich, wenn man versucht, dünne Glasscheiben, beispielsweise einer Dicke von 2,3 bis 4,0 mm, auf einen hohen Spannungswert vorzuspannen, und war derartig hoch, dass dieses Verfahren für die industrielle Produktion vorgespannter Glasscheiben zur Verwendung beispielsweise bei Autowind-schutzscheiben unannehmbar war. Das Bruchproblem tritt in einem geringeren, jedoch industriell noch bedeutsamen Aus-mass auch auf, wenn man dickere Scheiben, z. B. bis zu 8 mm dicke Scheiben, vorzuspannen sucht.

Ein frei brodelndes Bett in einem Zustand aggregatartiger Fluidisierung schädigt nach den Beobachtungen auch darin eingetauchte heisse Glasscheiben. Dies ist auf die unregelmässigen Kräfte zurückzuführen, denen das Glas in einem freibrodelnden Bett ausgesetzt wird. Es kann sowohl zu Änderungen der Gesamtgestalt als auch zu mehr lokalisiertem Oberflächenschaden führen, wobei die ersteren besonders bei dünneren Glasscheiben, wie denen von 2 bis 3 mm Dicke, auftreten. Ein solcher Schaden wie der in Form von Gestaltsänderungen kann Anlass zu Schwierigkeiten bei der Laminierung geben, und eine Oberflächenschädigung kann zu einer unannehmbaren optischen Qualität führen, wenn die Scheibe als Fenster oder als Bestandteil eines laminierten Fensters verwendet wird.

Die Erfindung basiert auf der Feststellung, dass die Verwendung eines durch Gas fluidisierten Betts in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenaufwirbelungszustand unerwartet geeignete Spannungen in darin abgeschreckten Glasscheiben erzeugt und Verluste an Glasscheiben durch Bruch im Bett oder durch Gestaltsänderung oder Oberflächenschädigung wesentlich verringert, so dass eine erfolgreiche industrielle Ausbeute erzielbar ist.

Der Erfindung liegt demgemäss die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Glas, bei dem das Glas mit durch Gas fluidisiertem teilchenförmigem Material zwecks Wärmeaustausches zwischen den Oberflächen des Glases und dem fluidisierten Material kontaktiert wird, derart auszugestalten, dass Bruchschäden weitestgehend vermieden werden, keine Gestaltsänderungen auftreten und die Glasoberfläche nicht beschädigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren gelöst, wie es im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 definiert ist.

Die obere Grenze der Fluidisierungsgasgeschwindigkeit kann um ein geringes Mass die Geschwindigkeit übersteigen, bei der man die erste klar erkennbare Blase, z. B. von 5 mm Durchmesser, die ruhige Oberfläche des Bettes durchbrechen sieht. Eine oder zwei solche Blasen können bei dieser Gasgeschwindigkeit sichtbar sein.

Eine höhere Gasgeschwindigkeit führt zur Entwicklung erheblicher Blasenbildung im Bett, und beim Einsetzen eines solchen Brodeins ergibt sich ein teilweiser Zusammenbruch der Betthöhe.

Es wird angenommen, dass durch Abschrecken der Scheibe in einem gasfluidisierten Bett, das sich in einem ruhigen. gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand befindet, irgendwelche in der vorderen Kante der Glasscheibe beim Eintritt in das fluidisierte Bett erzeugten vorübergehenden Zugbeanspruchungen nicht so stark sind, um die Glasscheibe zu gefährden und ihren Bruch zu verursachen.

Auch sichert die im wesentlichen blasenfreie Art des Bettes, dass das heisse Glas keinen unregelmässigen Kräften ausgesetzt wird, die ebenfalls einen Bruch, Gestaltsänderungen der Glasscheibe während des Abschreckens oder eine Oberflächenschädigung herbeiführen könnten.

Früher nahm man an, dass es zum Erzielen eines hohen Wärmeübergangskoeffizienten zwischen einem fluidisierten Bett und einem darin eingetauchten Gegenstand zweckmässig ist, einen frei brodelnden Zustand aufrechtzuerhalten, so dass die rasche und stetige Bewegung der Teilchen einen Wärmeübergang zwischen dem Gegenstand und der Masse des Bettes bewirken kann. Dieser Vorgang, so dachte man, würde in einem ruhigen Bett, wo die Teilchenbewegung geringer ist, nicht auftreten. Jedoch wurde nun festgestellt, dass unerwartet hohe Wärmeübergangskoeffizienten zwischen einem heis-sen Glasgegenstand und einem kühleren Bett aus fluidisiertem, teilchenförmigem Material in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Zustand und mit besonders gewählten Eigenschaften erhalten werden.

Man stellt fest, dass eine Wärmebewegung des gleichmässig fluidisierten Teilchenmaterials an den heissen Glasoberflächen auftritt, wenn eine heisse Glasscheibe im Bett abgeschreckt wird, und dass die Schnelligkeit der Bewegung und Turbulenz der fluidisierten Teilchen im Bereich der Oberflächen der Glasscheibe grösser als in der sonstigen Masse des Bettes ist. Dies führt zu einem hohen Wärmeübergangsgrad von den Glasoberflächen weg. Man nimmt an, dass Teilchen, die beim Durchgang nahe den Glasoberflächen erhitzt werden, sich dann schnell von der Glasscheibe fortbewegen und Wärme an die Fluidisierungsluft in der Masse des Bettes abgeben.

Ein bevorzugtes Verfahren gemäss der Erfindung umfasst das Regulieren des Gasstromes zur Aufrechterhaltung des ruhigen Zustands des fluidisierten Bettes mittels Erzeugung eines hohen Druckabfalls im Fluidisierungsgasstrom durch eine Membran, durch die das Fluidisierungsgas in das Bett eintritt.

Weiter kann erfindungsgemäss das teilchenförmige Material aus Teilchen mit einer Dichte im Bereich von 0,3 bis 3,97 g/cm3 und einer Durchschnittsteilchengrösse im Bereich von 5 bis 120 «m bestehen, wobei das Material derart gewählt wird, dass es in dem gleichmässigen, ruhigen Zustand durch gleichmässig im Bett mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,045 bis 5,61 cm/sec strömendes Fluidisierungsgas fluidisierbar ist.

Die Dichte der Teilchen und ihre Durchschnittsteilchen-grössen sind beide wesentlich zum Bestimmen der Eignung eines teilchenförmigen Materials zur Bildung des fluidisierten Bettes in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Zustand zur Verwendung gemäss der Erfindung. Allgemein ist ein geeignetes teilchenförmiges Material zur Fluidisierung in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Zustand durch Fluidisierungsluft für den Betrieb des Bettes bei Umgebungsbedingungen normaler Raumtemperatur und normalen Drucks so beschaffen, dass das Zahlenprodukt der Teilchendichte in g/cm3 und der Durchschnittsteilchengrösse in «m etwa 220 nicht übersteigt.

Der Vorspannungsgrad einer Glasscheibe, der nach dem erfindungsgemässen Verfahren erreicht wird, hängt von dem Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem fluidisierten teilchenförmigen Material und der darin eingetauchten heissen Glasscheibe ab. Wie schon erwähnt wurde, tritt eine Wärmebewegung an den heissen Glasoberflächen auf, die einen schnellen Wärmeübergang von diesen Oberflächen weg bewirkt. Jedoch beeinflussen auch die Eigenschaften der Teilchen selbst die Grösse des Wärmeübergangskoeffizienten.

Zum Wärmevorspannen von flachem Natron-Kalk-Kiesel-säure-Glas einer Dicke im Bereich von 2,3 bis 12 mm kann das erfindungsgemässe Verfahren aus dem Erhitzen des Glases auf eine Temperatur im Bereich von 610 bis 680° C, dem

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Eintauchen des Glases in ein fluidisiertes Bett in dem genannten ruhigen Zustand, das eine Wärmekapazität je Volumeinheit bei Minimalfluidisierung im Bereich von 0,02 bis 0,37 cal/cm3 ° C aufweist, und dem Halten des fluidisierten Bettes auf einer Temperatur bis zu 150° C bestehen, um im Glas eine durchschnittliche zentrale Zugspannung im Bereich von 22 bis 115 MN/m2 zu erzeugen.

Die maximale Grösse der durchschnittlichen zentralen Zugspannung, die man erreichen kann, variiert mit der Dicke des Glases und dem Wärmeübergangskoeffizienten. Durch Auswahl eines geeigneten Materials lässt sich der Wärmeübergangskoeffizient hoch genug machen, um vorgespannte Glasscheiben mit einer so hohen zentralen Zugspannung wie 40 MN/m2 in 2 mm dickem Glas, einer so hohen zentralen Zugspannung wie 50 MN/m2 in 3,0 mm dickem Glas und einer so hohen zentralen Zugspannung wie 104 MN/m2 in 12 mm dickem Glas zu erzeugen. Jedoch wurden sogar noch höhere zentrale Zugspannungen als diese erzielt, wie in einigen der Beispiele gezeigt ist.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Verfahren zum Wärmevorspannen von Glas vor, das aus dem Erhitzen des Glases und dem Eintauchen des heissen Glases in ein fluidisiertes Bett von Teilchen mit nichtkompaktiertem Teilchen-gefüge der Art besteht, dass die scheinbare Dichte der Teilchen geringer als die eigentliche Dichte des die Teilchen bildenden Materials ist und die hohlraumhaltigen Teilchen ein gasfluidisiertes Bett in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand ergeben, wobei das die Teilchen bildende Material und die Temperatur des Bettes so gewählt werden, dass der Wärmeübergangskoeffizient des fluidisierten Bettes ausreicht, um gewünschte Verfestigungsspannungen im Glas bei dessen Abkühlung im Bett zu erzeugen.

Die Verwendung von Teilchen mit nichtkompaktiertem Gefüge ermöglicht die Auswahl eines Materials für die Teilchen zum Erhalten eines fluidisierten Bettes mit ausreichend hoher Wärmekapazität je Volumeinheit bei Minimalfluidisierung zwecks Erzeugung eines hohen Grades der Vorspannung im Glas unter Vermeidung von Schwierigkeiten bei der Fluidisierung eines solchen Materials in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand.

Der Betrag der unter Verwendung eines fluidisierten Bettes aus Teilchen von nichtkompaktiertem Material im Glas erzeugten Vorspannung lässt sich durch Wahl der Teilchendichte steuern. Teilchen niedriger Dichte und einer besonderen Teilchengrösse führen zur Erzeugung eines geringen Betrages der Vorspannung im Glas, und das Ausmass der erzeugten Vorspannung wächst mit steigender Teilchendichte bis zur Maximaldichte der Teilchen solcher Grösse, dass sie noch im ruhigen Zustand fluidisiert werden.

Weiter sieht die Erfindung ein Verfahren zum Wärmevorspannen einer Glasscheibe vor, das aus dem Eintauchen einer heissen Glasscheibe in ein fluidisiertes Bett in diesem ruhigen Zustand besteht, das aus Teilchen mit einer Durchschnittsteilchengrösse im Bereich von 5 bis 1204um und einer scheinbaren Teilchendichte im Bereich von 0,3 bis 2,35 g/cm3 gebildet wird, wobei die Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung im Bereich von 0,02 bis 0,37 cal/cm3 °C liegt.

Die scheinbare Teilchendichte innerhalb eines vorstehend angegebenen Bereichs ist die tatsächlich gemessene Dichte des teilchenförmigen Materials unter Berücksichtigung der Hohlräume in den Teilchen und von der wahren Dichte des Materials selbst zu unterscheiden.

Durch Wahl der Durchschnittsteilchengrösse in Abhängigkeit von der scheinbaren Teilchendichte kann die Eignung von Teilchen aus nichtkompaktiertem Material zur Bildung des ruhigen, gleichmässig ausgedehnten fluidisierten Bettes festgelegt werden. Vorzugsweise soll der Zahlenwert des Produkts der scheinbaren Teilchendichte in g/cm3 und der Durchschnittsteilchengrösse in «m etwa 220 nicht überschreiten.

Die Teilchen können poröse Teilchen aus y-Aluminium-oxid einer Durchschnittsteilchengrösse von 64 am und einer scheinbaren Teilchendichte von 2,2 g/cm3 sein, wobei die Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung 0,21 cal/cm3 °C ist.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel bestehen die Teilchen aus einer porösen Form von Aluminiumsilikatmaterial einer Durchschnittsteilchengrösse im Bereich von 60 bis 75 «m und einer scheinbaren Teilchendichte im Bereich von 1,21 bis 1,22 g/cm3, wobei die Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung im Bereich von 0,11 bis 0,19 cal/cm3 °C ist.

Weiter können die Teilchen auch aus porösem pulverisiertem Nickel einer Durchschnittsteilchengrösse von 5 «m und einer scheinbaren Teilchendichte von 2,35 g/cm3 bestehen, wobei die Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung 0,37 cal/cm3 ° C ist.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Teilchen hohle Glaskügelchen einer Durchschnittsteilchengrösse im Bereich von 77 bis 120«m und einer scheinbaren Teilchendichte von 0,38 g/cm3, wobei die Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung im Bereich von 0,05 bis 0,06 cal/cm3 ° C ist.

Bei einem weiteren Beispiel sind die Teilchen hohle Koh-lenstoffkügelchen einer Durchschnittsteilchengrösse von 48 Mm und einer scheinbaren Teilchendichte von 0,3 g/cm3, wobei die Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung 0,02 cal/cm3 ° C ist.

Schliesslich können die Teilchen aus nichtporösem, pulver-förmigem «-Aluminiumoxid einer Durchschnittsteilchengrösse im Bereich von 23 bis 54 um und einer Teilchendichte von 3,97 g/cm3 bestehen, wobei die Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung 0,32 cal/cm3 ° C ist.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein fluidisiertes Bett zur Verwendung als Abschreckmedium zum Wärmevorspannen einer heissen Glasscheibe, das aus Teilchen einer Durchschnittsteilchengrösse im Bereich von 5 bis 120 wm und einer Teilchendichte im Bereich von 0,3 bis 3,97 g/cm3 besteht, die so gewählt sind, dass das Bett in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand ist und eine Wärmekapazität je Volumeinheit des Betts bei Minimalfluidisierung im Bereich von 0,02 bis 0,37 cal/cm3 ° C hat.

Schliesslich ist Gegenstand der Erfindung auch ein wärmebehandeltes Glas, das nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugt ist, insbesondere eine thermisch vorgespannte,

nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugte Glasscheibe.

Die Erfindung wird anhand der Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig. 2 eine vergrösserte Schnittansicht eines Teils von Fig. 1 und

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Charakteristik eines gasfluidisierten Bettes in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand, das bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet wird.

Gemäss Fig. 1 weist ein vertikaler Vorspannungsofen 1 Seitenwände 2 und ein Dach 3 auf. Die Seitenwände 2 und das Dach 3 sind aus dem üblichen feuerfesten Material hergestellt, und der Boden des Ofens ist in Form einer länglichen Öffnung 4 in einer Basisplatte 5 offen, auf der der Ofen 1 abgestützt ist. Eine (nichtdargestellte) bewegliche Blende ist in bekannter Weise zum Verschluss der Öffnung 4 vorgesehen.

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Eine zu biegende und anschliessend thermisch vorzuspannende Glasscheibe 6 ist im Ofen 1 an Zangenschenkeln 7 aufgehängt, die den oberen Rand der Scheibe 6 erfassen und in üblicher Weise durch das Gewicht der zwischen den Zangen-schenkelenden erfassten Glasscheibe geschlossen gehalten werden. Die Zangenschenkel 7 hängen an einer Zangenstange 8, die ihrerseits von einem herkömmlichen (nichtdargestell-ten) Hebewerk gehalten wird und auf vertikalen Führungsschienen 9 läuft, die sich zur Führung der Zangenstange 8 beim Senken und Heben vom Ofen nach unten erstrecken.

Ein Paar von Biegeformen 10 und 11 sind zu beiden Seiten der Bahn der Glasscheibe 6 in einer Kammer 12 angeordnet, die mit Hilfe von Heissgasströmen durch Leitungen 12a erhitzt wird. Das Innere der Kammer 12 und die Formen 10 und 11 werden auf der gleichen Temperatur wie der Temperatur der heissen Glasscheibe gehalten, wenn sie in die Kammer 12 eintritt.

Die Form 10 ist eine feste Patrizenform, die an einem Stempel 13 montiert ist und eine gekrümmte Vorderseite aufweist, die die an der heissen Glasscheibe auszubildende Krümmung definiert. Die Form 11 ist eine Ringrahmenmatrizen-form, die von Holmen 14 getragen ist, die an einer Gegenhalt-platte 15 montiert sind, die ihrerseits an einem Stempel 16 montiert ist. Die Krümmung des Formrahmens 11 passt zur Krümmung der Vorderseite der Patrizenform 10.

Die Führungsschienen 9 reichen durch die Kammer 12 zu beiden Seiten der Biegeformen in Richtung zu einem Behälter für ein durch Gas fluidisiertes Bett 17 von teilchenförmigem, feuerfestem Material hinab, in dem die heisse, gewölbte Glasscheibe abzuschrecken ist. Der Behälter für das fluidisierte Bett enthält einen oben offenen rechteckförmigen Tank 18, der auf einem Scherengelenkhebetisch 19 montiert ist. Wenn der Tisch 19 in seiner angehobenen Stellung ist, befindet sich die Oberkante des Tanks 18 gerade unter den Biegeformen 10 und 11.

Eine mikroporöse Membran 20, die im einzelnen noch anhand der Fig. 2 beschrieben wird, liegt über der Basis des Tanks 18. Die Ränder der Membran 20 sind zwischen einem Flansch 21 am Tank und einem Flansch 22 an einer Vorkammer 23 befestigt, die die Basis des Tanks bildet. Die Flansche und die Ränder der Membran 20 sind, wie bei 24 angedeutet ist, miteinander verbunden, und Fluidisierungsluft wird der Leitung 25 mit geregeltem Druck zugeführt. Die Membran ist so aufgebaut, dass Fluidisierungsluft in das fluidisierte Bett gleichmässig über dessen gesamte Basis einströmt, um das Bett in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand zu halten.

Teilchenförmiges feuerfestes Material im Tank 18 wird durch den Aufwärtsstrom der mittels der porösen Membran gleichmässig verteilten Luft im ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand gehalten. Das ausgedehnte Bett 17 ist in einem im wesentlichen blasenfreien ruhigen Zustand, und es existieren keine Bereiche des Bettes, die nicht fluidisiert sind.

Ein bevorzugter Aufbau einer mikroporösen Membran ist in Fig. 2 dargestellt. Diese Membran weist eine Stahlplatte 26 auf, in der Löcher 27 regelmässig verteilt sind. Die Ränder der Platte sind durchbohrt, um Kanäle für Bolzen 24 zu schaffen. Ein Dichtungsring 28 ist zwischen der Unterseite der Ränder der Platte und dem Flansch 22 an der Vorkammer angeordnet.

Eine Anzahl von Lagen 29 aus festem mikroporösem Papier ist auf die Platte 26 aufgelegt. Zum Beispiel können 15 Papierblätter verwendet werden. Die Membran wird durch ein gewebtes Drahtnetz 30, z. B. aus rostfreiem Stahl, vervollständigt, das auf das Papier aufgelegt ist. Ein oberer Dichtungsring 31 ist zwischen den Rändern des Drahtnetzes 30 und dem Flansch 21 am Tank angeordnet.

Ein Korb zum Auffangen von Scherben kann nahe der Platte 20 angebracht sein und ist dann so ausgelegt, dass er den gleichmässigen Strom der Fluidisierungsluft von der Membran aufwärts nicht stört.

Gemäss Fig. 1 erstrecken sich die Führungsschienen 9 abwärts bis an eine Stelle unterhalb der Biegeformen und enden im Bereich des oberen Randes des Tanks 18. Ein bei 32 angedeuteter fester Rahmen ist im Tank 18 montiert und weist an seiner Basis nach oben abgebogene Füsse 33 zur Aufnahme der unteren Kante einer in das fluidisierte Bett 17 abgesenkten Glasscheibe 6 auf, wenn die Zangenstange 8 mittels des Hebewerks bis unterhalb der Biegeformen abgesenkt wird.

Wenn der Scherengelenkhebetisch 19 gesenkt ist und sich die Zangenschenkel 7 und die Zangenstange 8 in ihrer tiefsten Stellung am Boden der Führungsschienen 9 befinden, bringt man eine kalte, zu biegende und vorzuspannende Glasscheibe an den Zangenschenkeln an. Das Hebewerk hebt dann die aufgehängte Glasscheibe in den Ofen 1, der auf einer Temperatur von beispielsweise 850° C gehalten wird, wenn Natron-Kalk-Kieselsäure-Glas vorgespannt wird. Die Glasscheibe wird rasch auf eine Temperatur nahe ihrem Erweichungspunkt, z. B. eine Temperatur im Bereich von 610 bis 680° C, erhitzt.

Wenn die Glasscheibe die erforderliche Temperatur gleichmässig erreicht hat, wird die die Öffnung 4 verschliessende Blende geöffnet, und die heisse Glasscheibe wird durch das Hebewerk in eine Lage zwischen den geöffneten Biegeformen 10 und 11 gesenkt. Die Stempel 13 und 16 werden betätigt, so dass sich die Formen zum Biegen der Scheibe schliessen.

Wenn die gewünschte Krümmung in die Scheibe eingedrückt ist, öffnet man die Formen, und die heisse gewölbte Glasscheibe wird rasch in das fluidisierte Bett 17 im Tank 18 abgesenkt, der durch Betätigung des Scherengelenkhebetisches 19 in die Abschreckstellung gehoben wurde, während die Glasscheibe im Ofen 1 erhitzt wurde.

Wenn laminierte Glaserzeugnisse hoher Qualität mit thermisch vorgespannten, durch Abschrecken in einem fluidisierten Bett erzeugten Glasscheiben herzustellen sind, beobachtete man eine Verbesserung der optischen Qualität, wenn die Oberflächen der Glasscheibe einer Vorkühlung durch Luft direkt vor dem Eintauchen des Glases in das fluidisierte Bett ausgesetzt werden. Dies kann bei der dargestellten Vorrichtung dadurch erreicht werden, dass man direkt über der Oberkante des Tanks 18 flache Blasrahmen anordnet, die Kühlluft auf die Oberflächen der gebogenen Glasscheibe richten, wenn sie die Biegeformen verlässt und in das fluidisierte Bett eintritt.

Die Oberflächen-Vorkühlung ist zur Konsolidierung der Oberflächen der Glasscheibe und damit zur Vermeidung geringer Niveauvariationen in diesen Oberflächen wirksam, wie sie manchmal beobachtet wurden und die auf die Wärmebewegung des fluidisierten teilchenförmigen Materials an den Glasoberflächen zurückgeführt werden können. Eine solche Oberflächen-Vorkühlung würde jedoch üblicherweise nur angewandt werden, wenn das Glas zur Herstellung von Laminaten hoher optischer Qualität verwendet wird.

Das fluidisierte Bett wird auf einer zur Erzeugung einer erforderlichen zentralen Zugspannung im Glas geeigneten Temperatur, z. B. 30 bis 150° C, durch die Wasserkühlmäntel 34 an den flachen längeren Wänden des Tanks 18 und durch Steuern der Temperatur der der Vorkammer 23 zugeführten Fluidisierluft gehalten. Die Mäntel 34 wirken als Wärmeabführeinrichtung, die von der heissen Glasscheibe durch das Bett abgeleitete Wärme absorbiert.

Die untere Kante der heissen Glasscheibe wird über ihre gesamte Länge gleichmässig gekühlt, wenn sie in die horizontale, ruhige Oberfläche des ausgedehnten fluidisierten Bettes eindringt, so dass keine Möglichkeit der Entwicklung unterschiedlicher Zugspannungen in verschiedenen Bereichen der

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Oberfläche dieser Kante des Glases, die zu einem Bruch führen könnten, existiert. Während ihres Absinkens in das Bett kontaktiert die untere Kante stets fluidisiertes Material in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand, und diese gleichmässige Behandlung der Unterkante verhindert ungeachtet eines Aufwärtsstromes von teilchenförmigem Material, der an den heissen Glasoberflächen unverzüglich nach ihrem Eintritt in das fluidisierte Bett erzeugt werden kann, weitgehend einen Bruch und die mit Glasfragmenten im Bett zusammenhängenden Probleme. Dies sichert zusammen mit dem Vermeiden von Verlusten an Glasscheiben infolge einer Gestaltsänderung derselben und/oder einer Schädigung der Oberflächenqualität eine industriell sehr brauchbare Ausbeute an vorgespannten Gläsern.

Eine örtliche Wärmebewegung des fluidisierten Bettes findet an den heissen Glasoberflächen vielleicht durch rasche Gasausdehnung in einer dem Sieden einer Flüssigkeit ähnlichen Weise statt. Diese Bewegung gewährleistet, dass eine angemessene Wärmeübertragung von den Glasoberflächen weg in die Masse des fluidisierten Bettes stattfindet, wobei beispielsweise Wärmeübergangskoeffizienten zwischen dem Bett und der Glasscheibe im Bereich von 0,003 bis 0,02 cal/cm3 sec erhalten werden. Der Wärmeübergang dauert bis merklich nach der Abkühlung des Glases unter seinen Vorspannungs-Entspannungspunkt mit ausreichender Stärke an, um sicherzustellen, dass die Temperaturgradienten vom Zentrum zur Oberfläche der Glasscheibe beibehalten werden, wenn sich das Glas durch diesen Spannungspunkt abkühlt, und die Vorspannungsspannungen werden danach während des fortgesetzten Abkühlens des Glases entwickelt, während es noch in das Bad eingetaucht ist.

Die Bewegung des fluidisierten Materials an den Glasoberflächen führt zu Strömen in der Menge des Materialbettes, die eine fortgesetzte Verteilung der Wärme, die vom Glas durch die Wärmebewegung des Bettes im direkt die Glasscheibe umgebenden Bereich abgeführt wird, zu den entfernteren Teilen des Bettes sichern. Die als Wärmeableiteinrichtung wirkenden Wasserkühlmäntel 34 halten solche entfernteren Teile des Bettes kühl.

Die Scheibe kommt am unteren Punkt ihres Absinkens in Anlage an den Füssen 33 des Rahmens 32, wodurch die Zangenschenkel 8 freigegeben werden. Die Glasscheibe ruht dann auf dem Rahmen 32, während sie sich im fluidisierten Bett abkühlt. Die Glasscheibe bleibt im fluidisierten Bett, bis sie sich ausreichend zum Hantieren abgekühlt hat, und man senkt dann den Tank 18 durch Senken des Scherengelenkhebeti-sches, um den festen Rahmen 32 und die davon abgestützte vorgespannte Glasscheibe freizulegen, die dann zum anschliessenden Abkühlen auf Raumtemperatur entnommen wird.

Die Art des ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchen-fluidisierungszustandes des fluidisierten Bettes ist in Fig. 3 veranschaulicht, in der der Vorkammerdruck, d. h. der Druck in der Vorkammer 23, gegen die Höhe des Bettes im Tank 18 bei Verwendung von y-Aluminiumoxidteilchen entsprechend der Beschreibung im Beispiel 2, bei Einhaltung der Tankgrös-sen- und Fluidisierungsbedingungen des Beispiels 2 und bei einer Bett-Temperatur von 80° C aufgetragen ist.

Als der Vorkammerdruck 15 kN/m2 erreichte, begann die Ausdehnung des Bettes, wobei die Geschwindigkeit der Fluidi-sierluft durch das Bett dann ausreichend war, um eine anfängliche oder Minimalfluidisierung zu erzeugen. Bei dieser unteren Grenze der Gasgeschwindigkeit wurden also die y-Aluminiumoxidteilchen gerade in der aufwärtsströmenden Luft suspendiert.

Wegen der Verwendung eines hohen Druckabfalls und einer gleichmässig mikroporösen Membran der in Fig. 2 veranschaulichten Art, wobei der Druckabfall durch die Membran über 60% des Vorkammerdrucks beträgt, ergibt sich eine gleichmässige Verteilung der von der Oberseite der Membran aufwärtsströmenden Fluidisierluft. Dieser hohe Druckabfall durch die Membran macht eine feinstufige Regulierung der Geschwindigkeit des Aufwärtsgasstromes durch das teilchen-förmige Material möglich und gestattet dadurch eine Regulierung des Zustandes ruhiger Fluidisierung des y-Aluminium-oxids zwischen dem eben beschriebenen Minimalfluidisie-rungszustand und einem Zustand der Maximalausdehnung des Bettes, in welchem eine Dichtphasen-Fluidisierung aufrechterhalten wird.

Diese feinstufige Regulierung der Gasgeschwindigkeit wird durch Einstellung des Vorkammerdrucks in die Kammer 23 erreicht, und beim Steigen des Vorkammerdrucks tritt keine plötzliche oder diskontinuierliche Änderung im Zustand des Bettes auf. Vielmehr bleibt der ruhige, gleichmässig ausgedehnte Zustand des Bettes erhalten, wie in Fig. 3 dargestellt ist, wenn der Vorkammerdruck auf etwa 25 kN/m2 anwächst und sich das Bett bis auf eine Höhe von etwa 102 cm im Tank ausdehnt.

Bei diesem Vorkammerdruck kann man die erste klar erkennbare Blase, von beispielsweise etwa 5 mm Durchmesser, beim Durchbruch durch die Oberfläche des ruhigen Bettes beobachten, und diese Geschwindigkeit der Fluidisierluft kann als Minimalblasenbildungsgeschwindigkeit betrachtet werden.

Wegen der Verwendung der Membran 20 mit hohem Druckabfall war es möglich zu beobachten, dass diese Mini-malblasenbildungsgeschwindigkeit nicht notwendigerweise die Gasgeschwindigkeit ist, die eine maximale Ausdehnung des Bettes erzeugt, und eine weitere Verstellung des Vorkammerdrucks bis zu 27 kN/m2 erzeugte eine maximale Betthöhe von 105 cm. Während diese Erhöhung des Vorkammerdrucks bis auf 27 kN/m2 vorgenommen wurde, beobachtete man, wie mehr kleine Blasen die Bettoberfläche brachen, doch die kleinen zufälligen Blasen waren nicht so bedeutsam, um die Kapazität des Bettes zum Abschrecken heisser Glasscheiben, insbesondere dickerer Glasscheiben, ungünstig zu beeinflussen.

Mit dem Anstieg des Vorkammerdrucks über 27 kN/m2 traten ein andauerndes Brodeln des Bettes und eine Neigung des Bettes zum Zusammenbruch auf eine Höhe unter seiner Maximalhöhe von 105 cm auf. In diesem Zustand war das Bett zum Vorspannen heisser Glasscheiben ungeeignet.

In diesem Beispiel wird daher der gleichmässige, ruhige, ausgedehnte Zustand des fluidisierten Bettes aus y-Alumi-niumoxid, der zum Vorspannen heisser Glasscheiben wirksam war, durch den Bereich der Kurve in Fig. 3 dargestellt, der zwischen Vorkammerdrücken von 15 und 27 kN/m2 liegt, in welchem Bereich eine feinstufige Steuerung des Fluidisie-rungszustandes möglich war, die eine entsprechend gute Steuerung der im Glas erzeugten gleichmässigen Vorspannungsspannungen bedeutete.

Der wirksame Wärmeübergangskoeffizient des fluidisierten Bettes bezüglich des heissen Glases wird durch die Eigenschaften des Fluidisierungsgases, üblicherweise Luft, die Gasgeschwindigkeit im Bett, die Eigenschaften des teilchenförmigen feuerfesten Materials, vor allem den Grôssenbereiçh der Teilchen, die Durchschnittsteilchengrösse, die Dichte der Teilchen und im Fall von Hohlräume enthaltenden Teilchen, die also eine gewisse Porosität oder hohle Struktur aufweisen, die Dichte des Materials der Teilchen bestimmt. Der Wärmeübergangskoeffizient hängt auch von den Temperaturen des Glases und des Bettes ab, da bei Vorliegen nur eines geringen Unterschiedes zwischen diesen Temperaturen bloss eine geringe Bewegung an der Oberfläche des Glases auftritt und der effektive Wärmeübergangskoeffizient dann verhältnismässig niedrig sein wird.

Andere den Wärmeübergangskoeffizienten beeinflussende Faktoren sind die spezifische Wärme der Teilchen und ihre Durchschnittswärmekapazität. In jedem der folgenden Bei-

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7

615 654

spiele ist der numerische Wert des Produkts der Teilchendichte in g/cm3 und der Durchschnittsteilchengrösse in/im geringer als 220. Dies ist ein Kriterium, das sich zur Bestimmung der Eignung eines teilchenförmigen Materials, d. h. seiner Eigenschaft, durch Luft in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand im Betrieb mit normaler Temperatur und normalem Druck fluidisiert werden zu können, verwenden lässt.

Einige Beispiele der thermischen Vorspannung von Glasscheiben mit Dicken im Bereich von 2,3 bis 12 mm unter Verwendung der Vorrichtung gemäss den Fig. 1 und 2 und eines ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Bettes sind im folgenden näher erläutert. Bei jedem der folgenden Beispiele 1 bis 11 sind die Kanten der Glasscheibe durch Abrunden unter Verwendung eines Feindiamantschleifrades endbearbeitet.

Beispiel 1

Das teilchenförmige feuerfeste Material ist eine y-Form von porösem Aluminiumoxid, dessen Eigenschaften folgende sind:

Durchschnittsteilchengrösse (d)

Teilchengrössenbereich

Teilchendichte (p)

Materialdichte pxd

Spezifische Wärme des Materials Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung

Geschwindigkeit der Fluidisierluft im Bett

64,« m 20 bis 160 2,2 g/cm3 3,97 g/cm3 141

0,2 cal/g ° C

0,21 cal/cm3 °C 0,54 cm/x

Beim Halten des Bettes auf 40° C war der Vorspannungsgrad von Glasscheiben einer Dicke im Bereich von 2,3 bis 12 mm für eine anfängliche Glastemperatur im Bereich von 610 bis 670° C folgender:

Der effektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Bett und den Glasscheiben lag im Bereich von 0,01 bis 0,012 cal/cm2 °C sec.

Beispiel 2

In einer besonderen Produktionsserie unter Verwendung der gleichen y-Form von porösem Aluminiumoxid wie in Beispiel 1 wurden gebogene Glasscheiben von 2,3 mm Dicke vorgespannt. Diese Scheiben wurden anschliessend als Bestandteil einer laminierten Windschutzscheibe für Kraftfahrzeuge

10

15

20

Anfängliche

Glastemperatur

CC)

Glasdicke (mm)

Durchschnittliche zentrale Zugspannung ' 40 (MN/m2)

610

2,3

37

610

10

92

610

12

93,5 45

630

2,3

42,5

630

6

72,5

630

12

96

650

2,3

46

650

4

64 so

650

6

75,7

650

8

92,7

650

10

96

650

12

99

670

2,3

44 55

670

6

75

670

10

100

verwendet. Die Eigenschaften des; gende:

Durchschnittsteilchengrösse (d)

Teilchengrössenbereich

Teilchendichte (p)

Materialdichte pxd

Grösse des das fluidisierte Bett enthaltenden Tanks Vorkammerdruck Druckabfall durch die Membran Druckabfall durch die Membran

-Aluminiumoxids sind fol-

64m 30 bis 150 «m 2,2 g/cm3 3,9 g/cm3 141

38 X 215 x 105 cm tief 24 kN/m2 15 kN/m2 60% des Vorkammerdrucks

0,175 m3/min

0,36 cm/s 60° C

650 bis 655° C 670 bis 675° C

38 bis 40 MN/m2

Strömungsdurchsatz der Fluidisierluft Geschwindigkeit der Fluidisierluft im Bett Temperatur des fluidisierten Bettes Glastemperatur:

Oberkante Unterkante

Erhaltene gleichmässige zentrale Zugspannung im Glas

25 Der effektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Bett und den Glasscheiben lag im Bereich von 0,01 bis 0,012 cal/cm2 0 C sec.

Beispiel 3

30 Bei einer anderen Produktionsserie wurden als Bestandteile von laminierten Flugzeugwindschutzscheiben bestimmte Glasscheiben mit Dicken von 3, 4, 6, 8 und 10 mm in einem gleichmässigen, ruhigen, ausgedehnten fluidisierten Bett aus y-Aluminiumoxid vorgespannt. Es wurde hierfür die gleiche

35 poröse y-Aluminiumoxidform wie in den Beispielen 1 und 2 verwendet.

Abmessungen des das fluidisierte Bett enthaltenden Tanks Vorkammerdruck Druckabfall durch die Membran Druckabfall durch die Membran

Strömungsdurchsatz der Fluidisierluft

Geschwindigkeit der Fluidisierluft im Bett

Temperatur des fluidisierten Bettes

Glastemperatur

45 x 245 x 150 cm tief 30 kN/m2 19,5 kN/m2 65 % des Vorkammerdrucks

0,34 m3/min

0,51 cm/s

60° C 645 bis 650° C

Die erhaltene, im Glas erzeugte gleichmässige zentrale Zugspannung war folgende:

Dicke

Zentrale Zugspannung

3,0 mm 4,0 mm 10,0 mm

48 MN/m2 53 MN/m2 80 MN/m2

60

Der effektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Bett und den Glasscheiben lag im Bereich von 0,01 bis 0,012 cal/cm2 ° C sec.

Beispiel 4

Das teilchenförmige feuerfeste Material ist ein poröses pulverförmiges Aluminosilikatmaterial, wobei jedes Teilchen 13 Gew. % Aluminiumoxid und 86% Siliziumdioxid enthält. Das pulverisierte Material hat die folgenden Eigenschaften:

615 654

8

Teilchengrössenbereich Durchschnittsteilchengrösse (d) Teilchendichte (p)

Materialdichte pxd

Spezifische Wärme des Materials Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung Geschwindigkeit der Fluidisierluft im Bett bis zu 150,«m 60 um 1,22 g/cm3 2,3 g/cm3 73

0,38 cal/g °C 0,19 cal/cm3 °C 0,21 cm/s

Beim Halten des Bettes auf 40° C war der erzielte Vorspannungsgrad von Glasscheiben mit Dicken im Bereich von 2,3 bis 10 mm wie folgt:

Anfängliche Glastemperatur ( = C)

Glasdicke (mm)

Durchschnittliche zentrale Zugspannung (MN/m2)

650 650 650 650 650

2,3 4 6 8

10

30,8

44

62,3

73

79

Der effektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Bett und den Glasscheiben lag im Bereich von 0,007 bis 0,009 cal/cm2 ° C sec.

Beispiel 5

Es wurde eine andere Form von porösem pulverförmigem zusammengesetztem Aluminosilikatmaterial verwendet. Jedes Teilchen ist porös und enthält 29 Gew. % Aluminiumoxid und 69% Siliziumdioxid. Dieses poröse Pulver hat die folgenden Eigenschaften:

Teilchengrössenbereich Durchschnittsteilchengrösse (d) Teilchendichte (p)

pxd

Materialdichte

Spezifische Wärme des Materials Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung

Geschwindigkeit der Fluidisierluft im Bett bis zu 150,«m 75,«m 1,21 g/cm3 91

2,3 g/cm3 0,2 cal/g ° C

0,11 cal/cm3 °C 0,33 cm/s

Beim Halten des Bettes auf 40 °C und einer anfänglichen Glastemperatur im Bereich von 610 bis 670° C war der erzielte Vorspannungsgrad von Glasscheiben mit Dicken im Bereich von 2,3 bis 10 mm wie folgt:

Der effektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Bett und den Glasscheiben lag im Bereich von 0,007 bis 0,01 cal/cm2 ° C sec.

Beispiel 6

Ein «Fillite»-Pulver, das aus den hohlen Glaskügelchen besteht, die von pulverisierter Brennstoffasche aus Kraftwerkskesseln stammen, wurde mit folgenden Eigenschaften gewählt:

Teilchengrössenbereich Durchschnittsteilchengrösse (d) Teilchendichte (p)

pxd

Materialdichte

Spezifische Wärme des Materials Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung Fluidisierungsgesch windigkeit der Luft im «Fillite»

25

20 bis 160 ,«m 77 um 0,38 g/cm3 29

2,6 g/cm3 0,18 cal/g °C

0,05 cal/cm3 0 C

0,11 cm/s

Der in den Glasscheiben, die in diesem fluidisierten Bett wärmebehandelt wurden, erzeugte Vorspannungsgrad lässt sich durch eine in herkömmlicher Weise gemessene durchschnittliche zentrale Zugspannung darstellen, und die für einen Bereich von Glasdicken von 4 bis 12 mm bei verschiedenen anfänglichen Glastemperaturen im Bereich von 610 bis 670° C und bei einer Temperatur des fluidisierten Bettes von 40° C erhaltenen Ergebnisse sind folgende:

Anfängliche

Glastemperatur

(°C)

Glasdicke (mm)

Durchschnittliche zentrale Zugspannung (MN/m2)

35 6 1 0 610 630 630 650 40 650 650 650 650 670 45 670

10 12 6

12

4 6 8

10 12 6 10

40

41 30 45

22.4 32 37 39

48.5 35 50

Der effektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Bett und den Glasscheiben lag im Bereich von 0,003 bis 0,004 cal/cm2 ° C sec.

Beispiel 7

Eine andere Sorte von «Fillite»-Material wurde mit folgen-

Anfängliche

Glasdicke (mm)

Durchschnittliche den Eigenschaften verwendet:

Glastemperatur

zentrale Zugspannung

rei

(MN/m2)

55 Durchschnittsteilchengrösse (d)

120,«m

Teilchendichte (p)

0,38 g/cm3

610

6

51

Materialdichte

2,6 g/cm3

610

10

74

pxd

45

630

2.3

31,5

Spezifische Wärme des Materials

0,18 cal/g °C

630

6

53

60 Wärmekapazität je Volumeinheit

650

2,3

33,7

des Bettes bei Minimalfluidisierung

0,06 cal/cm3 ° C

650

4

48,3

Geschwindigkeit der Fluidisierungs

650

6

56

luft im Bett

0,27 cm/s

650

8

71,3

650

10

84

65 Bei anfänglichen Glastemperaturen im

Bereich von 630 bis

670

2.3

32

670° C und einer Bett-Temperatur von etwa 40° C wurden

670

6

58

folgende Vorspannungen in Glasscheiben von 6 bis 10 mm

670

10

81,5

Dicke erzeugt:

9

615 654

Anfängliche

Glasdicke (mm)

Durchschnittliche

Glastemperatur

zentrale Zugspannung

(°C)

(MN/m2)

630

6

42

630

8

49

650

6

45,5

650

8

51

650

10

63

670

6

48

670

8

53

Der effektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Bett und den Glasscheiben lag im Bereich von 0,005 bis 0,006 cal/cm2 0 C sec.

Beispiel 8

Das verwendete teilchenförmige feuerfeste Material bestand aus hohlen Kohlenstoffkügelchen der als «Carbosphe-res» bekannten Art mit den folgenden Eigenschaften:

Teilchengrössenbereich Durchschnittsteilchengrösse (d) Teilchendichte (p)

pxd

Materialdichte

Spezifische Wärme des Materials Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung Geschwindigkeit der Fluidisierluft im Bett

5 bis 150,«m 48,am 0,3 g/cm3 14,4 2,3 g/cm3 0,123 cal/g °C

0,02 cal/cm3 ° C

0,33 cm/s

Der Vorspannungsgrad von in diesem bei etwa 40° C gehaltenen fluidisierten Bett abgeschreckten Glasscheiben ist wie folgt:

Der effektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Bett und den Glasscheiben lag im Bereich von 0,0035 bis 0,004 cal/cm2 ° C sec.

Beispiel 9

Das teilchenförmige feuerfeste Material war poröses pul-verförmiges Nickel mit den folgenden Eigenschaften:

Durchschnittsteilchengrösse (d) Teilchendichte (p)

Materialdichte pxd

Spezifische Wärme des Materials Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes im Minimalfluidisierungs-zustand

Geschwindigkeit der Fluidisierluft im Bett

5,wm 2,35 g/cm3 8,9 g/cm3 12

0,106 cal/g °C

0,37 cal/cm3 °C 0,045 cm/s

20

25

Anfängliche

Glasdicke (mm)

Durchschnittliche

Glastemperatur

zentrale Zugspannung rc)

(MN/m2) 40

610

10

44

630

6

34

650

4

26,3

650

6

32,7 45

650

8

40

650

10

45

670

6

36

670

10

46

50

55

60

65

Glasscheiben einer Dicke im Bereich von 2,3 bis 6 mm mit einer anfänglichen Temperatur von 650° C wurden in einem fluidisierten Bett dieses porösen Nickelpulvers abgeschreckt, das in einem ruhigen Zustand war und auf etwa 40° C gehalten wurde. Der durch die durchschnittliche zentrale Zugspannung dargestellte Vorspannungsgrad war wie folgt:

Glasdicke (mm)

Durchschnittliche zentrale Zugspannung (MN/m2)

2,3

3

6

77 95 115

Der effektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Bett und den Glasscheiben war 0,02 cal/cm2 ° C sec.

Beispiel 10

Das teilchenförmige Material war ein nichtporöses pulver-förmiges a-Aluminiumoxid. Eine Anzahl von a-Aluminium-oxidmaterialien unterschiedlicher Durchschnittsteilchengrösse wurde verwendet. Alle diese Materialien hatten die folgenden gemeinsamen Eigenschaften:

Teilchendichte (p)

Materialdichte

Spezifische Wärme des Materials

3,97 g/cm3 3,97 g/cm3 0,2 cal/g °C

30

Das a-Aluminiumoxidmaterial war in verschieden abgestuften Teilchengrössen des Materials verfügbar, und es wurden die folgenden vier verschiedenen fluidisierten Betten ge-

35

bildet:

Alu

Durch-

pxd

Teilchen

Wärme

Fluidisier-

minium schnitts-

wärme kapazität gas-

oxidbett teilchen-

kapazität des mini geschwin-

grösse

(cal/°C)

mal fluidi digkeit

(d) («m)

sierten

(cm/s)

Bettes

(cal/cm2

°C)

A

23

92

5 X 10"9

0,32

1,02

B

29

116

lOxlO"9

0,32

1,62

C

45

180

38 x 10"9

0,32

3,90

D

54

216

66x1 Cr9

0,32

5,61

Glasscheiben einer Dicke im Bereich von 2,3 bis 12 mm wurden in diesen fluidisierten Betten abgeschreckt, die jeweils auf einer Temperatur von 40° C gehalten werden. Die anfängliche Temperatur der Glasscheiben war im Bereich von 610 bis 670° C, und der Vorspannungsgrad der Scheiben wird als durchschnittliche zentrale Zugspannung im Bereich von 42 bis 104 MN/m2 ermittelt.

Der effektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Bett und den Glasscheiben war im Bereich von 0,0062 bis 0,0086 cal/cm2 ° C sec.

Beispiel 11

Ein Bett von kleinen kompakten Glaskügelchen der Bezeichnung «Ballotini» wurde fluidisiert. Die Eigenschaften des Bettes waren die folgenden:

Teilchengrössenbereich Durchschnittsteilchengrösse (d) Teilchendichte (p)

px d

0 bis 75,um 58,«m 2,5 g/cm3 145

615 654

10

Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung 0,34 cal/cm3 ° C Geschwindigkeit der Fluidisierluft im Bett 0,41 cm/s

Glasscheiben einer Dicke im Bereich von 2,3 bis 10 mm wurden auf eine anfängliche Temperatur im Bereich von 630 bis 670° C erhitzt und im fluidisierten Bett abgeschreckt, das auf einer Temperatur von etwa 40° C gehalten wurde.

Der Vorspannungsgrad der Glasscheiben war wie folgt:

Anfängliche Glasdicke (mm) Durchschnittliche Glastemperatur zentrale Zugspannung (°C) (MN/m2)

630

2,3

38

630

6

72

630

8

87

650

2,3

40

650

6

74,5

650

8

87

650

10

90

670

2,3

43

670

6

80

670

8

90

Der durchschnittliche effektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem Bett und den Glasscheiben war 0,011 cal/cm2 ° C sec.

Um die hohe Ausbeute an unzerbrochenen und unverzogenen Glasscheiben, die bei Verwendung eines gasfluidisierten Bettes in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand gemäss der Erfindung erhalten wurden, im Vergleich mit der Ausbeute bei Verwendung eines Bettes in einem brodelnden Fluidisierungszustand zu zeigen, wurde eine Anzahl gleichartiger Glasscheiben eines Formats 30 x 30 cm und einer Dicke von 2, 6 und 12 mm behandelt. Die Glasscheiben hatten eine Kantenendbearbeitung, bei der die Kanten der Glasscheiben unter Verwendung eines Schleifrades mit gebundenem Siliziumkarbid abgerundet waren. Dies ergab einen rauheren Kantenendbearbeitungszustand als den der Glasscheiben nach den Beispielen 1 bis 11, die mit einem Diamantschleifrad endbearbeitet waren. Die Erfindung ermöglichte eine höhere Ausbeute sogar mit diesem rauheren und billigeren Kantenendzustand.

Jede Scheibe wurde auf eine Temperatur entsprechend den folgenden Angaben erhitzt und dann in ein fluidisiertes Bett der in Beispiel 1 beschriebenen porösen y-Aluminiumoxidform eingetaucht.

Für den Zweck dieser Ausbeuteversuche wurden einige heisse Glasscheiben in ein fluidisiertes Bett im ruhigen Zustand entsprechend der Beschreibung in Beispiel 1 eingetaucht. Dann wurde ein aufwallender oder brodelnder Fluidisierungszustand des Bettes durch Steigerung der Fluidisiergasge-schwindigkeit über den die Maximalausdehnung des Bettes erzeugenden Wert eingestellt, und man tauchte eine gleiche Zahl von heissen Glasscheiben in das brodelnde Bett ein.

Die Ausbeute an dimensionsmässig annehmbaren, unzerbrochenen Glasscheiben als Prozentsatz der Gesamtzahl der behandelten Scheiben war wie folgt:

Glasdicke = 2 mm

Glastemperatur °C Ausbeute

Ruhiges Bett Brodelndes Bett

645 95% 52%

660 100% 80%

Glasdicke = 6 mm

Glastemperatur °C Ausbeute

Ruhiges Bett Brodelndes Bett

640 80% 40%

645 100% 60%

Glasdicke = 12 mm

Glastemperatur °C Ausbeute

Ruhiges Bett Brodelndes Bett

635 80% 40%

645 100% 75%

Obwohl die obigen Beispielsergebnisse unter Verwendung von quadratischen Glasscheiben des Formats 30 x 30 cm erhalten wurden, ergeben sich sogar noch niedrigere Ausbeuten infolge von Bruch und Verziehung, wenn man grosse Glasscheiben, wie z. B. vom Kraftfahrzeug-Windschutzscheibenformat, in einem brodelnden fluidisierten Bett behandelt. Im Gegensatz dazu sind die Ausbeuten, die erhalten wurden,

wenn man solche grösseren Glasscheiben in einem ruhigen fluidisierten Bett gemäss der Erfindung behandelt, wenigstens ebensogut wie die der oben angeführten Beispiele.

Der Wert der im Glas erzeugten Spannungen sinkt, wenn die Badtemperatur wächst, und an der Grenze, die etwa 300° C oder mehr betragen kann, sind die Spannungen im Glas derart, dass das Glas eher erweicht als vorgespannt wird. Heiz- und/oder Kühlelemente können an den Seitenwänden des Tanks 18 zur Steuerung der Temperatur des fluidisierten Bettes vorgesehen sein. In allen Beispielen waren die Glasscheiben aus handelsüblichem Natron-Kalk-Kieselsäure-Glas. wie es bei der Herstellung von Flugzeug-Windschutzscheiben, Kraftfahrzeug-Windschutzscheiben, Schiffsfenstern und architektonischen Glasplatten verwendet wird. Glas anderer Zusammensetzungen kann in gleicher Weise unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens vorgespannt oder angelassen werden. Auch andere Gegenstände als Glasscheiben, beispielsweise gepresste Glasgegenstände, wie z. B. Isolatoren oder Linsenrohstücke, oder geblasene Glasgegenstände, lassen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren vorspannen oder vergüten.

Ein fluidisiertes Bett gemäss der Erfindung kann für andere Wärmebehandlungen von Glas, z. B. für die Erhitzung eines verhältnismässig kalten Glasgegenstandes vor einem weiteren Verarbeitungsschritt verwendet werden, wobei der Wärmeübergang vom fluidisierten Material auf das Glas, das in das Bett eingetaucht ist, ohne Schädigung des Glases erleichtert wird, auch wenn das Glas eine Temperatur erreicht hat, bei der es für eine Schädigung durch unregelmässige Kräfte anfällig ist.

Die Erfindung lässt sich auch zur Wärmevorspannung von Glasscheiben anwenden, die erhitzt und gebogen wurden, während sie in nahezu vertikaler Stellung gehalten sind, und längs einer horizontalen Bewegungsbahn vorrücken, wie in der GB-PS 1 442 316 beschrieben ist. In der in dieser Patentschrift beschriebenen Vorrichtung sind die Biegeformen in einer erhitzten Kammer eingeschlossen, die von einer geneigten Stellung in eine Stellung gekippt wird, in der die gebogene Glasscheibe zwischen den Biegeformen vertikal ist und senkrecht in ein ruhiges fluidisiertes Bett der oben beschriebenen Art abgesenkt werden kann.

Bei einem anderen Verfahren unter Anwendung der Erfindung kann eine Glasscheibe durch Eintauchen in ein fluidi-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

11

615 654

siertes Bett erhitzt werden, das auf einer ausreichend hohen Temperatur zur Erhitzung des Glases auf die Vor-Biege-Temperatur ist. Nach Entfernen aus dem heissen Bett wird die Scheibe gebogen, und die gebogene Scheibe wird dann durch Eintauchen des Glases in ein fluidisiertes Bett vorgespannt, das in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand entsprechend obiger Beschreibung ist. Die Glasscheibe könnte während der Vorgänge des Erhitzens, Biegens und Härtens von dem gleichen Satz von Zangenschenkeln getragen werden, wobei die Zangenschenkel einstellbar so montiert sind, dass sie sich der gebogenen Gestalt des Glases nachfolgend bewegen. Bei einer anderen Anordnung wird jede Glasscheibe an nicht justierbaren Zangenschenkeln zum Erhitzen aufgehängt, während des Biegens auf eine Unter-5 kantenhalterung der in der GB-PS 1 442 316 beschriebenen Art übertragen, wobei die gebogene Glasscheibe von einem zweiten Satz von Zangenschenkeln erfasst wird, die gemäss der gebogenen Form der Glasscheibe angeordnet sind, und schliesslich in das ruhige fluidisierte Bett zum Abschrecken io abgesenkt.

s

1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. 615 654

   2

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Glas, bei dem das Glas mit durch Gas fluidisiertem teilchenförmigem Material zwecks Wärmeaustausches zwischen den Oberflächen des Glases und dem fluidisierten Material kontaktiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidisierte Material in einem mindestens annähernd ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchen-fluidisierungszustand gehalten wird durch Regulierung der Geschwindigkeit des Gasstromes so, dass diese über die ganze Basis des Bettes einen gleichmässigen Wert hat, der zwischen einem unteren Grenzwert, bei dem die Teilchen im gleichmässig verteilten, aufwärtsströmenden Gas gerade suspendiert werden, und einem oberen Grenzwert, bei dem die maximale Ausdehnung des Bettes auftritt und eine freie Oberfläche an der Oberseite des Bettes erhalten bleibt, liegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Bett (17) auf einer Temperatur im Bereich von 30 bis 150° C hält.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Gasstrom zur Aufrechterhaltung des ruhigen Zustandes des fluidisierten Bettes (17) reguliert durch Erzeugung eines hohen Druckabfalls im Fluidisie-rungsgasstrom durch eine Membran (20) vor seinem Eintritt in das Bett (17).
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das teilchenförmige Material aus Teilchen einer Dichte von 0,3 bis 3,97 g/cm3 und einer Durch-schnittsteilchengrösse von 5 bis 120 /im besteht und so gewählt ist, dass es in dem ruhigen Zustand durch in dem Bett (17) mit einer gleichmässigen Geschwindigkeit von 0,045 bis 5,61 cm/sec strömendes Fluidisierungsgas fluidisierbar ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4 zum Wärmevorspannen von flachem Natron-Kalk-Kieselsäure-Glas einer Dicke im Bereich von 2,3 bis 12 mm, das auf eine Temperatur im Bereich von 610 bis 680° C erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidisierte Bett (17) eine Wärmekapazität je Volumeinheit bei Minimalfluidisierung im Bereich von 0,02 bis 0,37 cal/cm3 ° C aufweist und bei einer Temperatur bis zu 150° C gehalten wird zur Erzeugung einer durchschnittlichen zentralen Zugspannung im Glas im Bereich von 22 bis 115 MN/m2.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidisierte Material aus Teilchen von solchem nichtkompaktiertem Teilchengefüge besteht, dass die scheinbare Dichte der Teilchen geringer als die tatsächliche Dichte des die Teilchen bildenden Materials ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6 zur Wärmevorspannung einer Glasscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidisierte Bett (17) aus Teilchen einer Durchschnittsteilchen-grösse im Bereich von 5 bis 120 itm und einer scheinbaren Teilchendichte im Bereich von 0,3 bis 2,35 g/cm3 besteht und die Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung im Bereich von 0,02 bis 0,37 cal/cm3 ° C liegt.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen aus einer porösen Form von Aluminosilikat-material einer Durchschnittsteilchengrösse in einem Bereich von 60 bis 75,£im und einer scheinbaren Teilchendichte im Bereich von 1,21 bis 1,22 g/cm3 bestehen und die Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes (17) bei Minimalfluidisierung im Bereich von 0,11 bis 0,19 cal/cm3 0 C liegt.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen aus nichtporösem, pulverförmigem a-Alu-miniumoxid einer Durchschnittsteilchengrösse im Bereich von 23 bis 54,«m und einer Teilchendichte von 3,97 g/cm3 bestehen und die Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung 0,32 cal/cm3 °C ist.
10. 10. Fluidisiertes Bett zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen des Bettes (17) eine Durchschnittsteilchengrösse im Bereich von 5 bis 120 /<m und eine Teilchendichte im Bereich von 0,3 bis 3,97 g/cm3 aufweisen und so gewählt sind, dass das Bett (17) in einem ruhigen, gleichmässig ausgedehnten Teilchenfluidisierungszustand ist und eine Wärmekapazität je Volumeinheit des Bettes bei Minimalfluidisierung im Bereich von 0,02 bis 0,37 cal/cm3 ° C aufweist.