DE102006035555A1 - Arrangement and method for the deformation of glass panes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Verformung von amorphen Materialplatten, insbesondere von Glasscheiben. Verwendet werden dabei Temperierungsmittel (04, 05) zur volumenmäßigen Erwärmung einer Glasscheibe (02) auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur. Mit Erhitzungsmitteln (07) zum lokalen Energieeintrag in Verformungsabschnitte (08) der Glasscheibe werden nachfolgend die Verformungsabschnitte mindestens auf die Erweichungstemperatur erhitzt. Weiterhin sind Greifmittel (09) vorgesehen zur Fixierung der Glasscheibe an Krafteinleitungsabschnitten sowie Biegemittel (10) zur Verlagerung zumindest einiger der an der Glasscheibe fixierten Greifmittel (09), um die Glasscheibe zu verformen.The invention relates to an arrangement and a method for the deformation of amorphous material plates, in particular of glass panes. Tempering means (04, 05) are used for heating the volume of a glass sheet (02) to a temperature below the softening temperature. With heating means (07) for local energy input into deformation sections (08) of the glass pane, the deformation sections are subsequently heated to at least the softening temperature. Furthermore, gripping means (09) are provided for fixing the glass pane to force introduction sections and bending means (10) for displacing at least some of the gripping means (09) fixed to the glass pane in order to deform the glass pane.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Verformung von amorphen Materialplatten, insbesondere von Glasscheiben. Speziell eignen sich Anordnung und Verfahren zur dreidimensionalen Formgebung nicht nur von Float-Glasscheiben sondern auch von Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG).The The present invention relates to an arrangement and a method for the deformation of amorphous material plates, in particular of glass panes. In particular, the arrangement and method are suitable for three-dimensional Shaping not only of float glass but also of single-pane safety glass (IT G).
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Anordnungen bekannt, die sich zum Biegen von Glasscheiben eignen. Prinzipiell erfolgt dabei immer eine volumenmäßige Erwärmung der zu verbiegenden Glasscheibe zumindest bis zur Erweichungstemperatur (Glasübergangstemperatur), welche den unterhalb liegenden spröden energieelastischen Bereich (Glasbereich) vom oberhalb liegenden weichen entropieelastischen Bereich (gummielastischer Bereich) trennt und abhängig vom jeweiligen Glasmaterial im Bereich um 600°C liegt. Nach Überschreiten der Erweichungstemperatur kann die Glasscheibe durch Einprägen einer Kraft oder auch durch Nutzung der eigenen Gewichtskraft verformt werden, um die gewünschte Biegung zu erhalten. Bei flexiblen Anlagen erfolgt die Bereitstellung der Form beispielsweise durch höhenverstellbare Rollen einer in einem Ofen angeordneten Rollentransporteinrichtung. Auf diese Weise können jedoch nur zylindrische Biegeformen eingestellt werden.Out The prior art discloses various arrangements which suitable for bending glass sheets. In principle, this takes place always a volume heating of the to be bent glass at least up to the softening temperature (Glass transition temperature), which the below-lying brittle energy-elastic range (Glass region) from the above soft entropy-elastic Area (rubber elastic area) separates and depending on each glass material in the range around 600 ° C. After crossing the Softening temperature can damage the glass by impressing a Force or deformed by using its own weight be to the desired To get bend. For flexible systems, the provision takes place the shape, for example, by height-adjustable Rolls of a roller conveyor arranged in an oven. That way you can however, only cylindrical bending shapes are set.
Sofern hohe Stückzahlen benötigt werden, ist der Aufwand für den Bau einer spezifischen Form gerechtfertigt, so dass in diesen Fällen auch sphärische Biegungen vorgenommen werden können. Aufgrund der Zähigkeit des Glasmaterials ist es für eine präzise Formgebung erforderlich, dass zweiteilige Formen verwendet werden, zwischen denen die erweichten Glasabschnitte gehalten werden. Dies gestaltet den Formenbau teuer und kompliziert.Provided high quantities needed be, the effort is for justified the construction of a specific form, so that in these make also spherical Bends can be made. Due to the toughness the glass material is for a precise one Shaping required that two-piece molds be used between which the softened glass sections are held. This makes mold making expensive and complicated.
Besondere Schwierigkeiten bereitet im Stand der Technik das Biegen gehärteter Glasscheiben, da für die Erzielung einer erhöhten Oberflächenhärte gezielt Materialspannungen in die Glasscheibe eingebracht werden müssen. Nach dem Erwärmen auf die Erweichungstemperatur sind daher zusätzliche Kühlschritte erforderlich, insbesondere eine Schockkühlung zur Ausbildung der gewünschten Materialspannungen.Special Difficulties in the prior art bending hardened glass, for this the achievement of an increased Surface hardness targeted Material stresses must be introduced into the glass. To heating up the softening temperature therefore requires additional cooling steps, in particular a shock cooling for training the desired Material stresses.
Aus
dem Stand der Technik sind unterschiedliche Bauformen von Biegeöfen bekannt,
bei denen verschieden Heizmittel zur Erwärmung der Glasscheibe verwendet
werden. Beispielsweise zeigt die
Für die gezielte
Oberflächenhärtung von Glasscheiben
ist es beispielsweise aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung und ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem amorphe Materialplatten, insbesondere Glasscheiben gebogen werden können, wobei neben der zweidimensionalen auch die dreidimensionale Formgebung ermöglicht werden soll, ohne dass dafür speziell angefertigte zweiteilige Formen benötigt werden.The Object of the present invention is an arrangement and to provide a method by which amorphous material plates, in particular glass sheets can be bent, in addition to the two-dimensional also the three-dimensional shaping should be made possible without that for that special manufactured two-part molds are needed.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 16 gelöst.These The object is achieved by an arrangement according to claim 1 and a method according to claim 16 solved.
Für die Erfindung ist von besonderer Bedeutung, dass auf eine volumenmäßig Erwärmung der gesamten Glasscheibe bis zur Erweichungstemperatur verzichtet werden kann. Vielmehr wird die Glasscheibe mithilfe von Temperierungsmitteln nur auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur, beispielsweise 400°C bis 500°C erwärmt. Dies hat einerseits eine erhebliche Energieeinsparung zur Folge und stellt andererseits sicher, dass die Ebenheit der Oberfläche der Glasscheibe in den nicht zu verformenden Bereichen nicht beeinträchtigt wird. Die Auflage der Scheibe auf Transportrollen oder vergleichbareren Elemente hinterlässt daher keine Druckstellen in der Oberfläche der Glasscheibe.For the invention is of particular importance that on a volumetric warming of the whole Glass pane can be dispensed up to the softening temperature. Rather, the glass pane is using tempering agents only at a temperature below the softening temperature, for example 400 ° C to Heated to 500 ° C. this has on the one hand results in a significant energy savings and provides on the other hand, be sure that the flatness of the surface of the Glass pane is not affected in the non-deforming areas. The Edition of the disc on transport rollers or similar elements leaves therefore no pressure marks in the surface of the glass.
Nach der volumenmäßigen Vorerwärmung der Glasscheibe erfolgt in den vorgesehenen Verformungsabschnitten ein lokaler Energieeintrag, um diese Verformungsabschnitte gezielt mindestens auf die Erweichungstemperatur zu erhitzen. Als Erhitzungsmittel eignen sich beispielsweise Laserstrahler oder Mikrowellenstrahler, deren energieintensive Strahlung auf die Verformungsabschnitte gebündelt werden kann. Dabei ist vorteilhaft, dass die umgebenden Materialbereiche nicht so stark erhitzt werden müssen, was zu einer erheblichen Energieeinsparung führt. Durch die lokale Erwärmung werden nur diejenigen Abschnitte der Glasscheibe in den entropieelastischen Zustand überführt, in denen nachfolgend eine Verformung stattfinden soll. Dem Fachmann ist bekannt, dass der Temperaturgradient zwischen den Verformungsabschnitten und den benachbarten Abschnitten nicht zu groß werden darf, um unerwünschte Materialspannungen zu vermeiden. Der Wert für die volumenmäßige Erwärmung muss auf eine Temperatur gelegt werden, die in Abhängigkeit von der Erweichungstemperatur des verwendeten Glases und den sonstigen Materialparametern bestimmt werden kann.After the volumetric preheating of the glass pane, a local energy input takes place in the intended deformation sections in order to heat these deformation sections specifically to at least the softening temperature. Suitable heating means are, for example, laser emitters or microwave emitters whose energy-intensive radiation can be concentrated on the deformation sections. It is advantageous that the surrounding material areas do not need to be heated so much, resulting in a considerable Energieein saving leads. Due to the local heating, only those sections of the glass pane are transferred to the entropy-elastic state in which a subsequent deformation is to take place. It is known to the person skilled in the art that the temperature gradient between the deformation sections and the adjacent sections must not become too great in order to avoid undesired material stresses. The value for volume heating must be set to a temperature that can be determined as a function of the softening temperature of the glass used and the other material parameters.
Um flexible Biegeformen zu ermöglichen verwendet die vorliegende Erfindung Greifmittel, welche die Glasscheibe an Krafteinleitungsabschnitten flächenförmig, punktuell oder linienförmig fixieren, wobei die Krafteinleitungsabschnitte benachbart zu den Verformungsabschnitten bestimmt werden oder auch innerhalb der Verformungsabschnitte liegen können. Nachdem die Glasscheibe an den Greifmitteln fixiert worden ist, werden die Greifmittel mithilfe von Biegemitteln in ihrer Position verlagert und in eine Endposition verschoben, welche der gewünschten Biegeform entspricht, wodurch die Verformung der Glasscheibe erfolgt. Dazu werden die Greifmittel im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Glasscheibe entlang von Verstellachsen verlagert.Around to allow flexible bending forms For example, the present invention uses gripping means comprising the glass sheet fix at force introduction sections in a planar, punctiform or linear manner, wherein the force introduction portions adjacent to the deformation portions be determined or lie within the deformation sections can. After this the glass pane has been fixed to the gripping means, the Move gripping means into position using bending means and moved to an end position which is the desired one Bending form corresponds, whereby the deformation of the glass pane takes place. For this purpose, the gripping means are substantially perpendicular to the main plane of extension of Moved glass pane along adjustment axes.
Es ist für die Erfindung wichtig, dass die Glasscheibe während der Verformung an den Greifmitteln eingespannt bleibt. Die durch die Greif- und Biegemittel vorgegebene Form wird also erst während des Biegevorgangs eingenommen, gemeinsam mit der Glasscheibe.It is for the invention important that the glass sheet during the deformation of the Gripping means remains clamped. The by the gripping and bending means given shape is thus taken only during the bending process, together with the glass pane.
Vorzugsweise handelt es sich bei den Greifmitteln um Saugnäpfe oder Saugmatten, die an der Oberfläche der Glasscheibe angesaugt werden. Besonders bevorzugt wird als Greifmittel eine glatte, verformbare Saugfläche, in welcher zahlreiche Bohrungen angebracht sind, über welche ein Unterdruck an der Glasscheibe erzeugt wird, um diese auf der Saugfläche flächig einzuspannen. Dabei ist es in den meisten Fällen ausreichend, wenn die Greifmittel nur auf der Unterseite der Glasscheibe angeordnet sind, so dass eine einseitige Biegeform bereitgestellt wird. Da die Greifmittel flexibel in ihrer Höhenlage verstellbar sind, lassen sich zweidimensionale, sphärische und andere dreidimensionale Formen durch den Biegevorgang erreichen, wobei die angestrebte Biegeform als Fläche beschreibbar ist, welche von den in ihre Endposition verbrachten Greifmitteln aufgespannt wird.Preferably If the gripping means are suction cups or suction mats, the the surface sucked in the glass pane. Particularly preferred is as a gripping means a smooth, deformable suction surface, in which numerous holes are mounted, over which a negative pressure is generated on the glass pane in order to clamp it flat on the suction surface. It is in most cases sufficient if the gripping means only on the bottom of the glass are arranged so as to provide a one-sided bending mold becomes. Since the gripping means are flexible in their altitude adjustable, let two-dimensional, spherical and achieve other three-dimensional shapes through the bending process, wherein the desired bending shape is writable as a surface, which clamped by the spent in their final position gripping means becomes.
Die für die Verlagerung der Greifmittel verantwortlichen Biegemittel können über Hubzylinder, Linearmotoren, Zahnstangenbetriebe oder ähnliche Einrichtungen verfügen, die eine Linearverstellung ermöglichen.The for the Displacement of the gripping means responsible bending means can lift cylinders, linear motors, Rack and pinion or similar facilities feature, which allow a linear adjustment.
Zur Erlangung hoher Taktzyklen in einer Produktionsstrecke ist es vorteilhaft, wenn die volumenmäßige Erwärmung in einer Erwärmungsstation, beispielsweise einem Ofen stattfindet, während die nachfolgenden Schritte der lokalen Erhitzung und der Formgebung in einer nachgeordneten Verformungsstation vorgenommen werden. Üblicherweise schließt sich eine Abkühl station an, in welche die Glasscheibe nach dem Biegevorgang und der Unterschreitung der Erstarrungstemperatur für eine Restabkühlung verbracht wird.to Achieving high duty cycles in a production line, it is advantageous when the volume heating in a warming station, For example, an oven takes place during the subsequent steps local heating and shaping in a subordinate Deformation station to be made. Usually closes a cooling station into which the glass pane after bending and falling below the solidification temperature for a residual cooling is spent.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn berührungslose Messmittel vorgesehen sind, welche die Temperatur und die Formgebung der Glasscheibe während des Biegevorgangs überwachen. Gerade bei hohen Genauigkeitsanforderungen ist es häufig nicht ausreichend, allein die Einnahme einer Endposition der Greifmittel und damit das Erreichen der vorgegebenen Biegeform zu überwachen. Durch die berührungslosen Messmittel wird stattdessen nicht die Form sondern das zu verformende Material laufend vermessen. Gerade bei Kleinserien oder Einzelstückfertigungen ist dies von Vorteil, da auf die bisher üblichen zahlreichen Probeläufe zur Anpassung der Biegeform verzichtet werden kann. Dies reduziert die für solche Probeläufe erforderlichen verlorenen Glasmengen drastisch.It is particularly useful if contactless Measuring means are provided which determine the temperature and the shaping the glass pane during to monitor the bending process. Especially with high accuracy requirements, it is often not sufficient, only the taking of an end position of the gripping means and thus to monitor the achievement of the predetermined bending shape. By the contactless Instead, measuring means is not the form but the shape to be deformed Measure material continuously. Especially for small series or single piece production This is advantageous because of the usual numerous test runs for Adjustment of the bending form can be dispensed with. This reduces the for such test runs required lost glass quantities drastically.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn an den Greifmitteln während des Biegevorgangs nicht nur die aktuelle Position sondern auch die in das zu biegende Glas eingeprägten Kräfte überwacht werden. Sofern vorgegebene Kraftwerte überschritten werden, kann ein Nacherhitzen durch zusätzlichen lokalen Energieeintrag erfolgen, um das zu biegende Material stärker zu erweichen. Auf diese Weise lassen sich die im Material auftretenden Spannungen während des Biegevorgangs begrenzen, so dass Zerstörungen der Glasscheibe auszuschließen sind. Mithilfe einer entsprechenden Steuervorrichtung können selbstadaptierende Systeme aufgebaut werden, um den Ort und die Menge für den lokalen Energieeintrag in einem sich wiederholenden Biegevorgang zu optimieren. Dies dient der Energieeinsparung und der Qualitätsverbesserung der gebogenen Glasscheiben.It is particularly advantageous when at the gripping means during the Bending process not only the current position but also the in embossed the glass to be bent Forces monitored become. If predetermined force values are exceeded, a Reheat by additional local energy input to give the material to be bent stronger soften. In this way, the occurring in the material Tensions during limit the bending process, so that destructions of the glass are excluded. With the aid of an appropriate control device, self-adapting Systems are built to the place and the amount for the local Optimize energy input in a repetitive bending process. This serves to save energy and improve the quality of the bent Glass panes.
Vorzugsweise erfolgt die Biegung der Glasscheibe iterativ in mehreren Teilschritten. Dies bedeutet, dass zunächst eine lokale Erhitzung auf die Erweichungstemperatur erfolgt und sodann der Biegevorgang durch langsame Verlagerung der Greifmittel in Richtung gewünschter Endposition beginnt. In Abhängigkeit von den gemessenen Kräften, Temperaturen und/oder erreichten Verformungen wird nun gezielt in bestimmten Abschnitten weiter lokal erhitzt, woraufhin die Biegung durch weitere Verlagerung der Greifmittel fortgesetzt werden kann. Auf diese Weise können nicht nur die während des Biegevorgangs auftretenden Materialspannungen minimiert werden, sondern es lassen sich auch die Temperaturen beschränken auf die das Glas in den nicht zu verformenden Abschnitten und in den Verformungsabschnitten erwärmt werden muss. Letzteres ist für den Erhalt von hitzeempfindlichen Beschichtungen von besonderer Bedeutung.The bending of the glass pane preferably takes place iteratively in several substeps. This means that first of all a local heating to the softening temperature takes place and then the bending process begins by slow displacement of the gripping means in the direction of the desired end position. Depending on the measured forces, temperatures and / or deformations achieved, it will now continue to be local in specific sections heated, whereupon the bend can be continued by further displacement of the gripping means. In this way, not only can the material stresses occurring during the bending process be minimized, but it is also possible to limit the temperatures at which the glass must be heated in the sections which are not to be deformed and in the deformation sections. The latter is of particular importance for obtaining heat-sensitive coatings.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform sind Kühlgasdüsen an den Greifmitteln oder in deren Nähe angeordnet, so dass nach Erreichen der gewünschten Endform gezielt Kühlgas auf die Verformungsabschnitte aufgeblasen werden kann, um dort eine schockartige Abkühlung unter die Erstarrungstemperatur zu erreichen. Damit können Materialspannungen ausgebildet werden, die für eine Oberflächenhärtung erforderlich sind.at an expedient embodiment Coolant nozzles on the Gripping means or in their proximity arranged so that after reaching the desired final shape targeted cooling gas the deformation sections can be inflated to there a shock-like cooling to reach below the solidification temperature. This allows material stresses be trained for a surface hardening required are.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further Advantages, details and further developments result from the following description of preferred embodiments, with reference on the drawing. Show it:
In
der
Wenn
die Glasscheibe auf eine Temperatur, die noch unterhalb der Erweichungstemperatur
liegt, erwärmt
worden ist, wird sie von der Erwärmungsstation
In
der Verformungsstation
Bei
der in
Sobald
durch entsprechenden Energieeintrag über die Erhitzungsmittel
Wenn
der Biegevorgang abgeschlossen ist, muss die Glasscheibe zumindest
unter die Erstarrungstemperatur abgekühlt werden, bevor die von den
Greifmitteln
Nachdem
die Glasscheibe
In
Außerdem ist
ein optisches Messmittel
Die
gewünschte
schockartige Abkühlung kann
durch Geblasen mit Kühlgas
erfolgen, sobald der Biegevorgang abgeschlossen ist. Symbolisiert wird
der Kühlvorgang
durch Kühlstrompfeile
Sofern ESG-Glas erzeugt werden soll, muss vor der endgültigen Abkühlung noch ein Härteschritt eingeschoben werden, in welchem das Glas nochmals auf eine Härtetemperatur (ca. 700°C) erwärmt und dann schockartig abgekühlt wird. Die Erwärmung im Härteschritt kann mithilfe der Erhitzungsmittel im gesamten Volumen oder nur gezielt in einzelnen Abschnitten der Glasscheibe vorgenommen werden.Provided ESG glass to be produced must be inserted before the final cooling nor a hardening step in which the glass is heated again to a hardening temperature (about 700 ° C) and then cooled in shock becomes. The warming in the hardening step can use the heating means throughout the volume or only be made specifically in individual sections of the glass.
- 0101
- Erwärmungsstationheating station
- 0202
- Glasscheibepane
- 0303
- RollentransportstreckeRoll transport route
- 0404
- Widerstandsheizungenresistance heaters
- 0505
- HeißgasdüsenHot gas nozzle
- 0606
- Verformungsstationdeformation station
- 0707
- Erhitzungsmittelheating means
- 0808
- Verformungsabschnittedeformation portions
- 0909
- Greifmittelgripping means
- 1010
- Biegemittelbending means
- 1111
- RestkühlstationRest cooling station
- 1212
- Laserlaser
- 1313
- 1414
- 1515
- 1616
- 1717
- 1818
- 1919
- 2020
- Laserlaser
- 2121
- Mikrowellenstrahlermicrowave radiators
- 2222
- Messmittelmeasuring Equipment
- 2323
- Kühlstationcooling station
Claims (28)
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