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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Im
Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist der Begriff ”Verarbeiten” so zu
verstehen, dass ”Verarbeiten” ”Trennen”, ”Umformen” bzw. ”Fügen” (beispielsweise
Verschmelzen von Teilen oder Aufheizen und Abwärmen von Bereichen) von Glas
umfasst.
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Dem
Fachmann sind Verfahren zur Verschmelzung von Glasrohteilen bekannt.
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Bei
den bekannten Verfahren muss beim Fügen das Glasrohteil grundsätzlich rotieren,
damit durch die entstehenden Fliehkräfte ein Zusammenfallen des
weichen Glases nach innen während
des Schmelzvorgangs verhindert wird.
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Bei
den bekannten Verfahren werden somit die zu fügenden Glasrohteile in einer
Gleichlaufmaschine eingespannt und mit einer Schmelznaht verbunden.
Die zum Schmelzen erforderliche Energie wird in der Regel mit einem
Brenner eingebracht.
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Bei
Glasrohteilen mit kleineren und mittleren Nennweiten wird der Brenner
mit Erdgas und Sauerstoff betrieben. Bei Glasrohteilen mit großen Nennweiten
wird der Brenner mit Erdgas bzw. Sauerstoff und Wasserstoff betrieben.
Bei Glasrohteilen mit mittleren Nennweiten kann das Erdgas-Sauerstoff-Gemisch
auch mit Hochfrequenz kombiniert werden.
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Die
bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass sie nur für Glasrohteile
bis zu einer bestimmten maximalen Nennweite geeignet sind, weil die
Glasrohteile nur mit einer bestimmten maximalen Drehzahl rotiert
werden können
und ein gleichmäßiges Erhitzen
bei großen
Nennweiten eine Rotation mit einer höheren als dieser maximalen
Drehzahl erfordert.
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Die
bisherigen industriell eingesetzten Verfahren haben die folgenden
Nachteile:
- – schlechte Energieausnutzung
durch offene Flamme
- – hierdurch
lange bis sehr lange Prozesszeit erforderlich
- – erhöhtes Bruchrisiko
durch nicht exakt reproduzierbare Auf- und Abwärmphase
- – mittlere
hohe Hitzebelastung für
Mensch, Maschine und Umwelt
- – Gesundheitsbelastungen
durch UV-/IR-Strahlungen
- – Qualitätseinbußen durch
Bildung einer ”Wasserhaut” durch
Kondensation, wodurch ein erhöhtes Bruchrisiko
entsteht
- – Qualitätseinbußen in der
Schmelznaht durch ungleichmäßige Wärmeeinbringung
im Glas
- – hohe
thermische Spannungen im Glas durch die Wärmeeinwirkung
- – Verschleiß an Maschine,
Vorrichtungen und Brennern durch die hohe und lange Hitzebelastung
und mechanische Belastung durch Strömungsgeschwindigkeit der Gase
- – Verunreinigungen
in der Schmelznaht durch Metallabtrag aus Leitung und Brenner
- – Energieeintrag
mittels Hochfrequenz-Verschmelzung auf Grund des schlechter werdenden Energienutzungsgrades
bislang nur für
kleine bis mittlere Wandstärken
geeignet
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Im
Rahmen von reinen Forschungsprojekten wurden Gläser aus Borosilokatglas 3.3
und AR-Glas mit Nennweiten von bis zu 70 mm mittels eines CO2 Lasers
verschmolzen. Hierbei wurde zur Verschmelzung der Laserstrahl von
außen
auf die Glasoberfläche
geleitet. Der Laserstrahl war stationär auf einen Punkt ausgerichtet.
Das zu verarbeitende Glasteil rotierte entsprechend schnell, um
den gleichmäßigen Wärmeeintrag
im Glas zu erreichen.
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Bei
der Verschmelzung von Glasrohteilen mit größerer Durchmessern (und somit
auch größeren Wandstärken) reicht
die relativ langsame Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Glaskörper (beispielsweise
werden Glasrohteilen mit einer Nennweite von 1000 mm mit maximalen
Drehzahlen von ungefähr
20 Umdrehungen/Minute verarbeitet) nicht mehr aus, um bei einem
feststehenden Laserstrahl den erforderlichen gleichmäßigen Wärmeeintrag
in die Glaskörper
zu erreichen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw.
ein Verfahren zur Verarbeitung von Glaskomponenten mit großen Nennweiten
und Wandstärken
anzugeben.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mit einer Vorrichtung bzw. einem Verfahren
mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird die
Strahlungsleitvorrichtung mit einer hohen Drehzahl in Rotation versetzt,
und die Strahlungsenergie seitlich herausgeführt. Das hat den Vorteil, dass
in die gleichen Bereiche der zu verarbeitenden Glaskomponente mit
einer hohen Frequenz ohne große
Pausen Energie eingebracht wird, wodurch ein gleichmäßiges Erwärmen sichergestellt
wird.
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Gemäß einer
bevorzugsten Ausführung
ist die Strahlungsleitvorrichtung innerhalb der zu verarbeitenden
Glaskomponente angeordnet und die Strahlungeenergie wird nach außen umgelenkt.
Gemäß einer
alternativen Ausführung
wäre es
auch denkbar, dass die Strahlungsleitvorrichtung außerhalb
der zu verarbeitenden Glaskomponente angeordnet ist, und die Strahlungenergie
nach innen umgelenkt wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
ist die Strahlungsleitvorrichtung einseitig gelagert. Gemäß einer
alternativen Ausführung
der Erfindung ist es auch denkbar, die Strahlungsleitvorrichtung
beidseitig zu lagern.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung wird Strahlungsenergie (beispielsweise ein Laserstrahl) zum
Verschmelzen von Glaskomponenten mit größerer Glaswandstärken bzw.
Nennweiten seitlich in die rotierenden Glaskomponenten eingeführt.
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Dabei
kann das Leitrohr der Strahlungsenergie (des Laserstrahls) mit seiner
integrierten Strahlumlenkeinrichtung (beispielsweise mit einem Spiegelumlenksystem)
mit einer sehr hohen Geschwindigkeit rotieren (beispielsweise mit
einer Drehzahl in der Größenordnung
von 1000 Umdrehungen/Minute), um den erforderlichen Wärmeeintrag
in die Glaskörper
schnell und gleichmäßig zu erzeugen.
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Die
erfindungsgemäß zu verarbeitenden Glaskomponenten
bzw. Glasrohteile sind insbesondere Rohglaskomponenten, vorzugsweise
aus Quarzglas oder Borosilikatglas, insbesondere vorzugsweise Borosilikatglas
3.3 von DN15 bis DN1000.
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Die
erfindungsgemäß zu verarbeitenden Glaskomponenten
bzw. Glasrohteile weisen typischerweise Wandstärken im Bereich von ca. 2,2
mm bis ca. 18 mm auf. Es ist klar dass die erfindungsgemäß zu verarbeitenden
Glaskomponenten bzw. Rohteile in der Regel größere Wandstärken bei größeren Nennweiten und geringere
Wandstärken
bei kleineren Nennweiten aufweisen.
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Erfindungsgemäß sind auch
Wandstärken außerhalb
des bevorzugten Bereichs möglich.
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Erfindungsgemäß können Glaskomponenten
auch mit sehr großen
Nennweiten, beispielsweise Nennweiten in dem Bereich von 150 bis
1500 mm verarbeitet werden. In Abhängigkeit von der Kapazität der verwendeten
Haltevorrichtung können
auch Glaskomponenten mit größeren Nennweiten
verarbeitet werden.
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Die
untere Grenze der Nennweite hängt
von der Art der eingesetzten Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten
ab. Bei Ausführungen
mit einer innerhalb zumindest einer Glaskomponente angeordneten
Lichtleitvorrichtung muss die Nennweite zumindest geringfügig größer als
der Außendurchmesser
der Lichtleitvorrichtung sein.
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Die
obere Grenze der Nennweite hängt
von der Größe der bei
der eingesetzten Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten
vorhandenen Haltevorrichtung und deren Einspanneinrichtung für die zu
verarbeitenden Glaskomponenten bzw. Glasrohteile ab.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten
eine Haltevorrichtung zum Halten zumindest einer zu verarbeitenden
Glaskomponente, eine Strahlungsleitvorrichtung zum Leiten von Strahlungsenergie
in zumindest einen Bereich der zu verarbeitenden Glaskomponente,
eine Lagervorrichtung, in der die Strahlungsleitvorrichtung um eine Achse
drehbar gelagert ist, und eine Antriebseinrichtung zum Rotieren
der Strahlungsleitvorrichtung um eine Achse mit einer Drehzahl (n3).
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Erfindungsgemäß kann die
Strahlungsleitvorrichtung derart angeordnet und ausgebildet sein, dass
die Strahlungsenergie zu der zu verarbeitenden Glaskomponente von
einem Bereich innerhalb der Glaskomponente geleitet wird.
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Bei
der Verarbeitung einer Glaskomponente kann diese beispielsweise
auf einer Seite gelagert sein und die Strahlungsleitvorrichtung
auf einer gegenüberliegenden
Seite. Bei der Verarbeitung von zwei Glaskomponenten können diese
beispielsweise auf gegenüberliegenden
Seiten gelagert sein und die Strahlungsleitvorrichtung kann auf
einer der beiden Seiten oder auf beiden Seiten vorzugsweise konzentrisch
dazu gelagert sein.
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Erfindungsgemäß kann die
Haltevorrichtung eine Einspanneinrichtung zum Einspannen der zu verarbeitenden
Glaskomponente und eine Antriebseinrichtung zum Rotieren der Glaskomponente
um eine Achse mit einer Drehzahl (n1) aufweisen.
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Erfindungsgemäß kann die
Haltevorrichtung eine weitere Einspanneinrichtung zum Einspannen einer
weiteren zu verarbeitenden Glaskomponente und eine Antriebseinrichtung
zum Rotieren der weiteren Glaskomponente um eine Achse mit einer
Drehzahl (n2) aufweisen.
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Erfindungsgemäß kann die
Vorrichtung eine Gleichlaufmaschine umfassen.
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Erfindungsgemäß kann die
Strahlungsleitvorrichtung ein Leitrohr zum Leiten der Strahlungsenergie
(eines Laserstrahls) aufweisen, die (der) in das Leitrohr eingekoppelt
wird.
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Erfindungsgemäß kann die
Strahlungsleitvorrichtung eine Strahlumlenkeinrichtung aufweisen, vorzugsweise
mit einem Spiegel, die derart ausgebildet ist, dass die Strahlungsenergie
im wesentlichen senkrecht zu der Rotationsachse der Strahlungsleitvorrichtung
aus der Strahlungsleitvorrichtung in Richtung des bzw. der zu verarbeitenden
Glaskomponenten geleitet wird. Dabei kann die Strahlungsleitvorrichtung
eine Verstelleinrichtung zur Verstellung der Strahlumlenkeinrichtung
aufweisen.
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Die
Verstelleinrichtung kann derart ausgelegt und ausgebildet sein,
dass sie einerseits eine feste Stellung der Strahlumlenkeinrichtung
vorgeben kann. ALternativ oder Zusätzlich kann die Verstelleinrichtung
auch einen Antrieb aufweisen, um die Strahlumlenkeinrichtung in
eine Bewegung zu versetzen, damit beispielsweise breitere Bereiche
der zu bearbeitenden Glaskomponente(n) mit Energie beaufschlagt werden,
beispielsweise zum Aufheizen oder Abwärmen breiterer Bereiche. Die
Frequenz der Bewegung der Strahlumlenkeinrichtung sollte vorzugsweise
wesentlich kleiner als die Drehzahl n3 sein, mit der Strahlungsleitvorrichtung
rotiert, kann aber auch in der gleichen Größenordnung liegen oder größer sein.
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Erfindungsgemäß kann die
Strahlumlenkeinrichtung derart ausgebildet sein, dass der Winkel,
um den die Strahlungsenergie durch die Strahlungsumlenkeinrichtung
umgelenkt wird, ein- und/oder verstellbar ist. Bei Ausführungen,
bei denen die Strahlungsumlenkeinrichtung einen Spiegel aufweist,
kann der Spiegel um eine Achse drehbar ein- bzw. verstellbar sein.
Das hat den Vorteil, dass die Strahlungsenergie auf den Bereich
des bzw. der Glasrohteile ausgerichtet werden kann, die verarbeitet
werden sollen. Bei breiteren Bereichen kann eine kontinuierliche Verstellung
erfolgen, um eine wiederkehrende Beaufschlagung von Teilbereichen
zu erzielen.
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Erfindungsgemäß kann die
Vorrichtung eine Verstelleinrichtung zur Verstellung der Strahlungsleitvorrichtung
entlang ihrer Rotationsachse (Richtung X) relativ zu der (den) Glaskomponente(n)
aufweisen, wobei die Verstellungseinrichtung vorzugsweise eine Steuerungseinrichtung
aufweist, die derart ausgelegt und ausgebildet ist, dass eine regelmäßige Verstellung
der Strahlungsleitvorrichtung zwischen zumindest zwei Stellungen
erfolgt, wobei die Frequenz der Verstellung vorzugsweise wesentlich
kleiner als die Drehzahl (n3) ist, mit der die Strahlungsleitvorrichtung
rotiert und vorzugsweise wesentlich größer als die Drehzahl (n1, n2)
ist, mit der die Glaskomponenten) rotiert.
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Mittels
der Verstellvorrichtung kann es erreicht werden, dass die Strahlungsleitvorrichtung
Energie in Bereiche bestimmter Breite der Glaskomponenten) einbringen
kann, wobei die einzelnen Zonen der Bereiche in regelmäßigen Abständen Strahlungsenergie
erhalten, beispielsweise infolge einer hin- und hergehenden Translationsbewegung
der Strahlungsleitvorrichtung entlang ihrer Rotationsachse (Richtungen
X). Die Frequenz der hin- und hergehenden Translationsbewegung ist
aus konstruktiven Gründen
vorzugsweise kleiner als die Drehzahl n3, mit der die Strahlungsleitvorrichtung
rotiert. Es ist aber auch denkbar, dass die Frequenz der Translationsbewegung
in der Größenordnung
der Drehzahl n3 ist, mit der die Strahlungsleitvorrichtung rotiert, oder
größer ist.
Wenn breite Bereiche der Glaskomponente(n) mit Energie beaufschlagt
werden sollen, ist darauf zu achten, dass die Relativdrehzahl zwischen der
Strahlungsleitvorrichtung und der (den) Glaskomponente(n) (n3 +
n1 bzw. n2 oder n3 – n1
bzw. n2) nicht derart gewählt
werden, dass Muster erwärmter Zonen
entstehen (beispielsweise wenn die Relativdrehzahl genau ein Vielfaches
der Frequenz der Translationsbewegung ist. Die gleichen Überlegungen
gelten für
Ausführungen,
bei denen die Strahlumlenkeinrichtung bei der Bearbeitung der Glaskomponete(n)
verstellt wird. Auch die Kombination einer Verstellung der Strahlumlenkeinrichtung
und das Vorsehen einer Relativbewegung zwischen der Strahlungsleitvorrichtung
und der (den) Glaskomponente(n) ist denkbar.
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Andererseits
könnte
es auch erwünscht
sein, absichtlich Energie nur in eine schräg verlaufende Zone einzubringen,
beispielsweise bei schrägen Schnittkanten
zwischen zwei zu verbindenden Glaskomponenten oder bei einem schräg verlaufenden Verformungsbereich.
In diesem Fall könnte
Relativdrehzahl genau auf ein Vielfaches der Frequenz der translationsbewegung
eingestellt werden oder ihr genau entsprechen.
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Anstelle
einer relativen Translationsbewegung zwischen der Strahlungsleitvorrichtung
und der (den) Glaskomponente(n) ist es auch denkbar, dass die Strahlumlenkeinrichtung
der Strahlungsleitvorrichtung verstellbar ausgebildet ist. Beispielsweise könnte ein
Stellung eines Spiegels derart veränderbar sein, dass die Strahlungsrichtung
in einem bestimmten Bereich variierbar ist. Die Verstellung der Stellung
des Spiegels könnte
dann wie oben mit Bezug auf die Relativstellung zwischen der Strahlungsleitvorrichtung
und der (den) Glaskomponente(n) beschrieben, erfolgen, derart, dass
bestimmte Bereiche oder schräg
verlaufende Zonen der zu bearbeitenden Glaskomponente(n) wiederkehrend
mit Energie beaufschlagt werden.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Verarbeitung von Glaskomponenten
die folgenden Schritte:
- a) Rotieren zumindest
einer Glaskomponente mit einer Drehzahl (n1), und
- b) Leiten von Strahlungsenergie in zumindest einen Bereich der
Glaskomponente mit einer Strahlungsleitvorrichtung,
wobei
die Strahlungsenergie entlang der Rotationsachse der rotierenden
Glaskomponente in einen von der Glaskomponente eingeschlossen Bereich
eingeführt
wird und nach außen
umgelenkt wird.
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Erfindungsgemäß kann die
Strahlungsleitvorrichtung mit einer Drehzahl (n3) rotieren.
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Erfindungsgemäß können die
Drehzahlen (n1, n2), mit denen die Glaskomponenten beim Betrieb
rotieren, gleich groß sein,
wobei die maximalen Drehzahlen (n1, n2) beispielsweise bei Glasrohteilen mit
einer Nennweite von 1000 mm ungefähr 20 U/min betragen.
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Erfindungsgemäß kann die
Drehrichtung der Strahlungsleitvorrichtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung
der Glaskomponenten) sein. Das hat den Vorteil, dass eine möglichst
hohe Relativdrehzahl zwischen der Strahlungsleitvorrichtung und
der (den) Glaskomponente(n) erreicht wird, wodurch ein gleichmäßigerer
Energieeintrag in die gewünschten Bereiche
der Glaskomponente(n) möglich
ist.
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Erfindungsgemäß kann die
Drehzahl (n3), mit der die Strahlungsleitvorrichtung beim Betrieb
rotiert, größer als
100 U/min, vorzugsweise größer als 250
U/min, weiter vorzugsweise größer als
500 U/min, bevorzugt größer als
750 U/min und insbesondere bevorzugt ungefähr 1000 U/min sein. Selbstverständlich können je
nach Anwendungsfall auch niedrigere oder höhere Drehzahlen verwendet werden.
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Erfindungsgemäß können die
Glaskomponente bzw. die Glaskomponenten Glasrohteile mit Nennweiten
von zumindest 150 mm, vorzugsweise zumindest 200 mm, weiter vorzugsweise
zumindest 225 mm, weiter vorzugsweise zumindest 300 mm, weiter vorzugsweise
zumindest 400 mm, weiter vorzugsweise zumindest 450 mm, weiter vorzugsweise zumindest
600 mm, weiter vorzugsweise zumindest 800 mm und bevorzugt von ungefähr 1000
mm sein. Auch größere Nennweiten
sind denkbar, wenn entsprechend große Haltevorrichtungen bzw.
Gleichlaufmaschinen verfügbar
sind.
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Erfindungsgemäß können die
Glaskomponente bzw. die Glaskomponenten Glasrohteile mit Wandstärken von
zumindest 1,5 mm, vorzugsweise zumindest 1,8 mm, weiter vorzugsweise
zumindest 2,0 mm und bevorzugt von zumindest 2,2 mm sein. Besonders
vorteilhaft ist die Erfindung für
größere Wandstärken, bei
denen die herkömmlichen
Verfahren bzw. Vorrichtungen nicht mehr einsetzbar sind bzw. an
Ihre Grenzen gelangen. Das sind insbesondere Wandstärken im
Bereich von ungefähr
10 mm oder mehr.
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Erfindungsgemäß können die
Glaskomponente bzw. die Glaskomponenten Glasrohteile mit Wandstärken von
höchstens
25 mm, vorzugsweise höchstens
22 mm, weiter vorzugsweise höchstens 20
mm und bevorzugt von höchstens
18 mm sein. Insbesondere bei Glasrohteilen mit größeren oder viel
größeren Nennweiten
sind auch entsprechend größere Wandstärken denkbar.
Vorteilhafterweise sollte bei großen Wandstärken auch eine höhere Strahlungsleistung
verfügbar
sein.
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Erfindungsgemäß kann die
Strahlungsenergie durch einen Laser bereitgestellt werden, vorzugsweise
einen CO2 Laser.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren gezeigten
Ausführungsbeispiels
näher beschrieben:
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Verarbeitung
von Glas gemäß einer
Ausführung
der Erfindung.
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2 zeigt
eine schematische Detailansicht des Bereichs II von 1.
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3 zeigt
eine schematische Detailansicht der Strahlumlenkeinrichtung zur
Erläuterung
einer alternativen Ausbildung oder Weiterbildung der Strahlumlenkeinrichtung
der Ausführung
von 2.
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In
der Beschreibung der Ausführungsbeispiele
werden folgende Bezugszeichen verwendet:
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- 10
- Glasrohteil
- 11
- Glasrohteilrand
- 20
- Glasrohteil
- 21
- Glasrohteilrand
- 30
- Strahlungsleitvorrichtung
- 31
- Leitrohr
- 32
- Fortsatz
- 33
- Strahlumlenkeinrichtung
(beispielsweise mit Spiegel)
- 34
- Öffnung
- 35
- Fortsatz
- 40
- Laserstrahl
- 41
- Laserstrahl
- 42
- Laserstrahl
- 50
- Haltevorrichtung
- 51
- Einspanneinrichtung
- 52
- Einspanneinrichtung
- 53
- Antriebseinrichtung
- 54
- Antriebseinrichtung
- 133
- Strahlumlenkeinrichtung
(beispielsweise mit Spiegel)
- 135
- Drehachse
- 141
- Laserstrahl
- 142
- Laserstrahl
- d1
- Wandstärke von
Glasrohteil 10
- d2
- Wandstärke von
Glasrohteil 20
- n1
- Drehzahl
Glasrohteil 10
- n2
- Drehzahl
Glasrohteil 20
- n3
- Drehzahl
Strahlungsleitvorrichtung 30
- n4
- Drehrichtung
Strahlumlenkeinrichtung (um Achse 135)
- X
- Linearbewegung
der Strahlungsleitvorrichtung 30 und/oder der Glasrohteile 10, 20
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Verarbeitung
von Glaskomponenten gemäß einer
Ausführung
der Erfindung. Die Vorrichtung zum Verarbeitung von Glaskomponenten umfasst
eine Haltevorrichtung 50 mit zwei Einspannvorrichtungen 51 bzw. 52 zum
Einspannen der zu bearbeitenden Glaskomponenten. Die Einspanneinrichtung 51 ist
drehbar gelagert und wird von einer Antriebseinrichtung 53 angetrieben.
Die Einspanneinrichtung 52 ist ebenfalls drehbar gelagert
und wird von einer Antriebseinrichtung 54 angetrieben.
Bei der in 1 dargestellten Ausführung ist
die Haltevorrichtung als eine Gleichlaufmaschine ausgebildet, derart,
dass die Antriebseinrichtungen 53 und 54 die Spanneinrichtung 51 und 52 mit
der gleichen Drehzahl antreiben.
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Die
Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten weist des Weiteren
eine Strahlungsleitvorrichtung 30 auf, die ein erstes Leitrohr 31 aufweist, das
in der Haltevorrichtung 50 drehbar gelagert ist. Eine Antriebseinrichtung
zum Antreiben des Leitrohrs 31 ist vorgesehen und kann
optional in der Antriebseinrichtung 53 integriert sein.
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Die
Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten ist mit zwei Glaskomponenten
dargestellt, die in den Einspanneinrichtungen 51 bzw. 52 eingespannt
sind. In der Einspanneinrichtung 51 ist ein Glasrohteil 10 eingespannt
und in der Einspanneinrichtung 52 ist ein Glasrohteil 20 eingespannt.
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Die
Antriebseinrichtung 53 ist derart ausgelegt, dass sie die
Spanneinrichtung 51 und damit das Glasrohteil 10 mit
einer Drehzahl n1 antreiben kann. Entsprechend ist die Antriebseinrichtung 54 derart ausgelegt,
dass sie die Einspanneinrichtung 52 und damit das Glasrohteil 20 mit
der Drehzahl n2 antreiben kann.
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Vorzugsweise
sind die Drehzahlen n1 und n2 gleich groß, damit ein Fügen der
beiden Glasrohteile in dem Bereich II stattfinden kann.
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Eine
detaillierte Ansicht des Bereichs II, in dem die beiden Glasrohteile 10 und 20 zusammengefügt werden,
ist in 2 schematisch dargestellt.
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Das
Glasrohteil 10 weist einen Glasrohteilrand 11 auf,
der mit dem Glasrohteilrand 21 des Glasrohteils 20 verbunden
werden soll.
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Das
Glasrohteil 10 weist eine Wandstärke d1 auf, und das Glasrohteil 20 weist
eine Wandstärke
d2 auf. Vorzugsweise sind die beiden Wandstärken d1 und d2 gleich groß, wobei
es erfindungsgemäß auch möglich ist,
dass die beiden Wandstärken
variieren. Das Glasrohteil 10 rotiert mit einer Drehzahl
n1, damit durch die entstehenden Fliehkräfte ein Zusammenfallen des
weichen Glases nach innen während des
Schmelzvorganges verhindert wird. Das Glasrohteil 20 rotiert
in der gleichen Richtung mit der gleichen Drehzahl n2 aus dem gleichen
Grund.
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Die
Drehzahlen n1 und n2 entsprechen sich und die Rotation erfolgt in
der gleichen Richtung, damit die beiden Glasrohteile 10 und 20 zusammengefügt werden
können.
Die Strahlungsleitvorrichtung 30 weist ein Leitrohr 31 auf,
in dem ein Laserstrahl 40 geführt wird. Das Leitrohr 31 weist
eine Öffnung 34 auf,
durch die der Laserstrahl seitlich aus dem Leitrohr austreten kann.
Zur Umlenkung des Laserstrahls ist eine Strahlumlenkeinrichtung 33 vorgesehen,
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mit einem Spiegel. Hinter der Strahlumlenkeinrichtung 33 weist
das Leitrohr einen kurzen Fortsatz 32 auf.
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Die
Strahlungsleitvorrichtung 30 ist einseitig in den Bereich
der Einspannvorrichtung 51 für das Glasrohteil 10 drehbar
gelagert und rotiert mit einer Drehzahl n3.
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Vorzugsweise
rotiert die Strahlungsleitvorrichtung 30 in einer Richtung
entgegengesetzt zu der Drehrichtung der Glasrohteile 10, 20,
damit eine größere Relativdrehzahl
(= n1 + n3 anstelle von n1–n3) zwischen
den Glasrohteilen 10, 20 und der Strahlungsleitvorrichtung 30 erreicht
wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die zu erhitzenden bzw.
zu verschmelzenden Bereiche mit einer höheren Frequenz mit Strahlungsenergie
bestrahlt werden, weshalb eine gleichmäßigere Erwärmung erfolgt. Alternativ könnten die
Glasrohteile und die Strahlungsleitvorrichtung auch in der gleichen
Richtung rotieren, insbesondere wenn die Drehzahl n3, mit der die
Strahlungsvorrichtung rotiert, wesentlich größer als die Drehzahl n1 bzw.
n2 ist, mit der das Glasrohteil 10 bzw. 20 rotiert.
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Gemäß einer
nur in 1 angedeuteten Ausführung kann das Leitrohr 31 einen
langen Fortsatz 35 aufweisen, der im Bereich der Einspanneinrichtung 52 für das Glasrohteil 20 entsprechend
drehbar gelagert ist, damit die Strahlungsleitvorrichtung 30 beidseitig
drehbar gelagert ist. Optional kann bei einer derartigen Ausführung die
linke oder die rechte Seite oder beide Seiten der Strahlungsleitvorrichtung angetrieben
werden.
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Die
Erzeugung eines Laserstrahls und die Einkopplung eines Laserstrahls
in ein Leitrohr sind dem Fachmann bekannt. Da die Laser mit entsprechenden
Leistungen relativ teuer sind, wird es bevorzugt, eine Laservorrichtung
für mehrere
erfindungsgemäße Vorrichtungen
zur Verarbeitung von Glaskomponenten zu verwenden. Erfindungsgemäß kann jedoch
auch eine Laservorrichtung für
eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten eingesetzt
werden.
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Die
maximalen Drehzahlen n1, n2 liegen beispielsweise bei Glasrohteilen
mit einer Nennweite von 1000 mm in dem Bereich von ungefähr 20 U/min, während das
Leitrohr 31 der Strahlungsleitvorrichtung 30 im
Betrieb mit einer Drehzahl n3 im Bereich von ca. 1000 U/min angetrieben
wird, um den für
die Verarbeitung erforderlichen Wärmeeintrag in die Glasrohteile 10, 20 schnell
und gleichmäßig zu erzeugen.
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Die
Strahlungsleitvorrichtung 30 ist außerdem entlang der Richtung
X derart verschiebbar gelagert, dass eine genaue Justierung des
aus der Öffnung 34 austretenden
Laserstrahls auf den Verarbeitungsbereich der zu verarbeitenden
Glasrohteile ausgerichtet werden kann.
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Die
Strahlungsleitvorrichtung kann gemäß einer weiteren Anwendung
auch kontinuierlich eine vorzugsweise oszillierende Horizontalbewegung
entlang der Richtung X ausführen,
wenn in einen breiten bandartigen Bereich eines Glasrohteils oder
in bandartige Bereiche zweier aneinandergrenzender Glasrohteile
gezielt eine definierte Menge Energie eingebracht werden soll. Das
hat gegenüber
herkömmlichen
Verfahren, bei denen die Energie beispielsweise mit einem Brenner
eingebracht wird, den Vorteil, dass die Menge an Wärmeeintrag
und der Bereich, in den Wärme
eingetragen wird, besser gesteuert werden kann, wodurch ein schnelleres
und gezielteres Aufheizen und Abkühlen des Bereichs bzw. der
Bereiche erreicht werden kann. Das ist bei dem Verschmelzen von
zwei aneinandergrenzenden Glasrohteilen vorteilhaft. Ebenfalls ist
es vorteilhaft, wenn ein Glasrohteil nach einer Erwärmung geformt
und anschließend
wieder abgekühlt
werden soll.
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Die
Strahlumlenkeinrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch um eine Drehachse
verdrehbar ausgebildet sein, um eine Einstellung und/oder Verstellung
des Zielgebiets der Strahlungsenergie zu erreichen. 3 zeigt
eine schematische Detailansicht einer Strahlumlenkeinrichtung 133 zur
Erläuterung dieser
alternativen Ausbildung oder Weiterbildung der oben im Zusammenhang
mit den 1 und 2 beschriebenen
Strahlumlenkeinrichtung. Auf die obigen Ausführungen wird verwiesen und
im Folgenden werden die Unterschiede beschrieben. Der Laserstrahl 141 trifft
auf den Spiegel und wird um etwa 90 Grad zur Seite umgelenkt (Laserstrahl 142). Der
Spiegel ist um eine Drehachse 135 drehbar gelagert. Durch
die Einstellung eines bestimmten Winkels kann ein bestimmter Bereich
des bzw. der zu verarbeitenden Glasrohteile mit Strahlungsenergie
beaufschlagt werden. Bei einigen Ausführungen der Erfindung ist es
auch denkbar, die Strahlumlenkeinrichtung derart auszubilden, dass
der Spiegel mit einer bestimmten Frequenz in einem bestimmten Winkelbereich
kontinuierlich verstellt wird, um beispielsweise einen breiteren
Bereich des bzw. der zu verarbeitenden Glasrohteile mit Strahlungsenergie
zu beaufschlagen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Verarbeitung von Glaskomponenten ist es möglich, beispielsweise zwei
Glasrohteile zu fügen,
indem in einem relativ kleinen Randbereich die Laserenergie eingetragen
wird.
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Es
ist klar, dass dem Fachmann beim Studium der Unterlagen naheliegende
Alternativen und äquivalente
Lösungen
auch in den Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung fallen sollen.