DE102008022259A1

DE102008022259A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung von Glaskomponenten

Info

Publication number: DE102008022259A1
Application number: DE200810022259
Authority: DE
Inventors: Eckhard Müller; Lars Richter
Original assignee: QVF Engineering GmbH
Current assignee: De Dietrich Process Systems GmbH
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2009-11-12
Also published as: WO2009135650A1; CN102015559A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten mit einer Haltevorrichtung (50) zum Halten zumindest einer zu verarbeitenden Glaskomponente (10, 20), einer Strahlungsleitvorrichtung (30) zum Leiten von Strahlungsenergie in zumindest einen Bereich der zu verarbeitenden Glaskomponente (10, 20), einer Lagervorrichtung, in der die Strahlungsleitvorrichtung (30) um eine Achse drehbar gelagert ist, und einer Antriebseinrichtung zum Rotieren der Strahlungsleitvorrichtung (30) um eine Achse mit einer Drehzahl (n3). Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verarbeitung von Glaskomponenten mit den folgenden Schritten: Rotieren zumindest einer Glaskomponente (10, 20) mit einer Drehzahl (n1) und Leiten von Strahlungsenergie in zumindest einen Bereich der Glaskomponente (10, 20) mit einer Strahlungsleitvorrichtung (30), wobei die Strahlungsenergie entlang der Rotationsachse der rotierenden Glaskomponente (10, 20) in einen von der Glaskomponente (10, 20) eingeschlossenen Bereich eingeführt wird und nach außen umgelenkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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.
Dem Fachmann sind Verfahren zur Verschmelzung von Glasrohteilen bekannt.
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.
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.
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.
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.
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

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.
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.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Verarbeitung von Glaskomponenten mit großen Nennweiten und Wandstärken anzugeben.
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.
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.
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.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist die Strahlungsleitvorrichtung einseitig gelagert. Gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung ist es auch denkbar, die Strahlungsleitvorrichtung beidseitig zu lagern.
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.
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.
Die erfindungsgemäß zu verarbeitenden Glaskomponenten bzw. Glasrohteile sind insbesondere Rohglaskomponenten, vorzugsweise aus Quarzglas oder Borosilikatglas, insbesondere vorzugsweise Borosilikatglas 3.3 von DN15 bis DN1000.
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.
Erfindungsgemäß sind auch Wandstärken außerhalb des bevorzugten Bereichs möglich.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung eine Gleichlaufmaschine umfassen.
Erfindungsgemäß kann die Strahlungsleitvorrichtung ein Leitrohr zum Leiten der Strahlungsenergie (eines Laserstrahls) aufweisen, die (der) in das Leitrohr eingekoppelt wird.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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,

Erfindungsgemäß kann die Strahlungsleitvorrichtung mit einer Drehzahl (n3) rotieren.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Erfindungsgemäß kann die Strahlungsenergie durch einen Laser bereitgestellt werden, vorzugsweise einen CO2 Laser.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben:
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Verarbeitung von Glas gemäß einer Ausführung der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Detailansicht des Bereichs II von 1.
3 zeigt eine schematische Detailansicht der Strahlumlenkeinrichtung zur Erläuterung einer alternativen Ausbildung oder Weiterbildung der Strahlumlenkeinrichtung der Ausführung von 2.
In der Beschreibung der Ausführungsbeispiele werden folgende Bezugszeichen verwendet:

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

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.
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.
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.
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.
Vorzugsweise sind die Drehzahlen n1 und n2 gleich groß, damit ein Fügen der beiden Glasrohteile in dem Bereich II stattfinden kann.
Eine detaillierte Ansicht des Bereichs II, in dem die beiden Glasrohteile 10 und 20 zusammengefügt werden, ist in 2 schematisch dargestellt.
Das Glasrohteil 10 weist einen Glasrohteilrand 11 auf, der mit dem Glasrohteilrand 21 des Glasrohteils 20 verbunden werden soll.
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.
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.
Die Strahlungsleitvorrichtung 30 ist einseitig in den Bereich der Einspannvorrichtung 51 für das Glasrohteil 10 drehbar gelagert und rotiert mit einer Drehzahl n3.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es ist klar, dass dem Fachmann beim Studium der Unterlagen naheliegende Alternativen und äquivalente Lösungen auch in den Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung fallen sollen.

Claims

Vorrichtung zur Verarbeitung von Glaskomponenten mit – einer Haltevorrichtung zum Halten zumindest einer zu verarbeitenden Glaskomponente, und – einer Strahlungsleitvorrichtung zum Leiten von Strahlungsenergie in zumindest einen Bereich der zu verarbeitenden Glaskomponente, gekennzeichnet durch 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).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsleitvorrichtung derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Strahlungsenergie zu der zu verarbeitenden Glaskomponente von einem Bereich innerhalb der Glaskomponente geleitet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Haltevorrichtung eine Einspanneinrichtung zum Einspannen der zu verarbeitenden Glaskomponente und eine Antriebseinrichtung zum Rotieren der Glaskomponente um eine Achse mit einer Drehzahl (n1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der 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) aufweist.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Gleichlaufmaschine umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsleitvorrichtung ein Leitrohr zum Leiten von Strahlungsenergie aufweist, die in das Leitrohr eingekoppelt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsleitvorrichtung eine Strahlumlenkeinrichtung aufweist, 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.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsleitvorrichtung eine Verstelleinrichtung zur Verstellung der Strahlumlenkeinrichtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlumlenkeinrichtung derart ausgebildet ist, dass der Winkel, um den die Strahlungsenergie durch die Strahlungsumlenkeinrichtung umgelenkt wird, ein- und/oder verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verstelleinrichtung zur Verstellung der Strahlungsleitvorrichtung entlang ihrer Rotationsachse (Richtung X) relativ zu der (den) Glaskomponente(n), 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 Glaskomponente(n) rotiert.
Verfahren zur Verarbeitung von Glaskomponenten mit den folgenden Schritten: a) Rotieren zumindest einer Glaskomponente mit einer Drehzahl (n1), und b) Leiten von Strahlungsenergie in zumindest einen Bereich der Glaskomponente mit einer Strahlungsleitvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsenergie entlang der Rotationsachse der rotierenden Glaskomponente in einen von der Glaskomponente eingeschlossen Bereich eingeführt wird und nach außen umgelenkt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Strahlungsleitvorrichtung mit einer Drehzahl (n3) rotiert.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen (n1, n2), mit denen die Glaskomponenten beim Betrieb rotieren, gleich groß sind.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Strahlungsleitvorrichtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung der Glaskomponente(n) ist.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 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 ist.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 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 sind.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 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 sind.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 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 sind.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsenergie durch einen Laser bereitgestellt wird, vorzugsweise einen CO2 Laser.