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Verfahren zum Härten von Glasgegenständen Die Erfindung bezieht sich
auf das Härten von Glasgegenständen, bei welchem für das Erhitzen der Gegenstände
auf eine Temperatur nahe dem Erweichungspunkt und/oder für das darauf folgende Abschrecken
Flüssigkeitsbäder verwendet werden, in welche der Glasgegenstand eingetaticht wird.
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Die Eignung von Flüssigkeitsbädern für das Abschrecken oder Kühlen
schwankt außerordentlich je nach der Beschaffenheit der Bäder. So ist die
Kühlwirkung von Wasser und gewissen geschmolzenen Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt
derart heftig, daß sie ein Zerspringen des Glasgegenstandes oder eine Beschädigung
seiner Oberfläche herbeiführen, weil die Geschwindigkeit des Wärmeüberganges von
Glas auf die FI.iissigkeit bei diesen Kühlmitteln so groß ist, daß die Widerstandsfähigk.eit
des Glases gegen Spannungen durch die in den Gegenstand hineingebrachten Kräfte
überschritten und dadurch die Gefahr eines Brechens oder Springens des Glases herbeigeführt
wird. Andere bekannte Flüssigkeitsbäder, wie Öle, Fette, Harze und Wachse, besitzen
diese Nachteile nicht. jedoch ist ihre Wirkung so mild, daß sie dem Glasgegenstand
nicht derartig hohe Spannungen, wie das Glas sie ohne Bruchgefahr ertragen kann,
verleihen können.
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Bei der Suche nach Flüssigkeitsbädern für das Erhitzen und Abschrecken
von Gläsern besteht die Schwierigkeit darin, Bäder zu finden, die auf die gewünschte
hohe Teinperatur gebracht werden könneil, ohne daß sie verflüchtigen oder sich so
weit zersetzen, daß sie Schlamm oder Schaum bilden, wenn sie längere Zeit hmdurch
benutzt werden. Die Bäder dürfen auch keine ungünstige Wirkung auf die Glasoberfläche
haben oder sogar Gefahr für einen Bruch des zu härtenden
Gegenstandes
mit sich bringen. Ebenso dürfen die Bäder nur ein spezifisches Gewicht haben, das
kleiner ist als das der zu härtenden Gläser, damit diese einwandfrei in den Bädern
untersinken.
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Die Verwendung von Alkalinitraten als Härtebäder für Gläser, die die
aufgeführten Eigenschaften haben, ist bekannt. Die Verwendung dieser Bäder hat einen
bedeutenden Fortschritt gebracht, doch hat sich in der Prwzis gezeigt, daß auch
mit diesen Bädern geschmolzener anorganischer Salze alle Wünsche betrefiend Sicherheit
gegen Bruchgefahr für alle die verschiedenen Umstände einer fabrikmäßigen Herstellung
noch nicht erfüllt werden. So konnten z. B. viele dieser Bäder aus geschmolzenen
Nitraten Nvegen ihrer verhältnismäßig leichten Verflüchti-iin- nur auf einer niedrigeren
Temperatur gehalten werden als auf der, bei welcher die beste Abschrecki#,irkung
erzielt wird.
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Die Erfindung bezieht sich also auf Verbesserungen von Härtebädern
aus geschrnolzenen anorganischen Salzen. Durch die Erfindung soll, unter Erzielung
einer möglichst hohen Spannung in den zu härtenden Gläsern, vor allem die Bruchgefahr
während des Abschreckens verringert und dadurch die bisher mit der fabrikmäßigen
Herstellung verbundene Abfallmenge herabgesetzt werden, und sie besteht in der Anwendung
von Bädern aus den geschmolzenen Alkalisalzen der Chromsäure allein oder in Verbindung
mit anderen anorganischen Salzen und in der Anwendung von Bädern aus der Mischung
mehrerer anorganischer Nitrate zum Ab-
schrecken der erhitzten Gläser.
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Zum Erhitzen der zu härtenden Gegenstände'wird erfindungsgeilläß ein
Bad benutzt, das ganz oder zum Teil aus einem Alkalisalz der Chrornsäure in geschmolzenem
Zustand besteht.
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Nachstehend sind einige Beispiele von geeigneten Zusammensetzungen
solcher Kühlbäder angegeben.
| Härtebäder |
| Nr. Zusammensetzung Schmelzpunkt |
| 1 0 C |
| A 85 K,Cr,07 + 13 Na,Cr04 +:Z
KIO ............. 380 |
| B 94 - +3 SnO, + 3 B203 .................
388 |
| C 98 - +2 Na, S ............................ 378 |
| D 95 - +5 Sb20 . .........................
385 |
| E 95 - +5 SnO ............................
380 |
| F 95 - +5 B,0 . ..........................
382 |
| G 95 - +5 Pb0 ........................... 387 |
| H 95 - + 5 CUS04 .......................... 378 |
| 1 98 X -_X 03 + :Z K,Crot ........................
295 |
Bei den Zusammensetzungen
A und B werden deren Bestandteile K.0 bzw. B20.-1
zweckmäßig in das Bad als PfCO, bzw. Hz# B03 eingeführt, welche, wenigstens großenteils,
nach Schinelzung und genügender Erhitzung in Oxyde umgewandelt werden.
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Die Zusammensetzung 1 ist im wesentlichen (las bekannte Alkalinitratbad,
welches durch den Zusatz von :2110 Kaliumbichromat verändert ist. Durch diesen Zusatz
wird der Schmelzpunkt des Nitratbades herabgesetzt und seine Anwendungsmöglichkeit
vergrößert.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, bei einem Härtebad, welches
in an sich bekannter Weise ein Alkalinitrat enthält, ein Erdalkalinitrat oder ein
Bleinitrat oder eine Mischung solcher Nitrate zuzusetzen.
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Es wurde nämlich festgestellt, daß man bei Verwendung dieser Zusetze
unter Verringerung der Gefahr für Brüche und Risse einen höheren Härtungsgrad erzielen
kann als mit einem Alkalinitratbad ohne diese Zusätze. Die Bruch- und Rissegefahr
läßt sich sogar vollständig beseitigen, wenn man das neue Bad bei einer Temperatur
verwendet, die niedriger ist als die zulässigen Temperaturen des Bades ohne diese
Zusätze. Außerdem findet durch die betreffenden Zusätze im allgemeinen ein Senken
des Schmelzpunktes des Alkalinitratbades statt.
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Die erzielten Vorteile sind aus den folgenden Beispielen ersichtlich.
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Es wurden Schmortöpfe aus Glas 2 Minuten und 13 Sekunden bei einer
Temperatur von
750' C erhitzt und unmittelbar anschließend durch Eintauchen
in Härtebäder abgeschreckt, welche die nachstellenden Zusammensetzungen hatten,
wobei die Mengenverhältnisse der, Bestandteile in Molekülzahlen angegeben sind.
| Zusammensetzung Schmelzpunkt |
| 0 C |
| 53 KN03 + 47 NaN03 .........................
219 |
| K 45 KNO, + 7,o NaN0, + 35 Ca(NO3)2
........... 175 |
Die Töpfe wurden in jedem Bad abge- Töpfe die folgenden Resultate. schreckt. Dabei
ergaben sich für
je zehn
| Temperatur s## Zahl der Zahl der Höchstspannung |
| der Kühlbäder ge , r..genen gelungenen |
| der Kühlbäder Gegenstände Gegenstände in kg/nim2 |
| J 30-0 6 4 2,83 |
| K 245 1 9 3,--8 |
Diese Tabelle zeigt, daß das Kühlbad K eine mildere Wirkung als das. Bad
1 hat, da es weniger Bruch verursacht, dabei eine niedrigere Temperatur hat
und einen höheren Härtungsgrad herbeiführt. Ein weiterer Vorteil dieses vervollkommneten
Härtebades besteht darin, daß bei der niedrigen Temperatur der Badbehälter weniger
angegriffen und geringerem Verschleiß unterworfen ist und daß auch die Gefahren
für die mit der Wartung des Bades beschäftigten Arbeiter verringert werden._
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Obschon die-im vorstehenden angeführten Mengenverhältnisse des Kühlbades
besonders günstig sind, haben Untersuchungen ergeben, daß auch andere Zusammensetzungsverhältnisse
die von der Erfindung angestrebten Vorteile herbeiführen können.
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Von den Erdalkalien ist Calcium am wirksamsten, jedoch wurde gefunden,
daß auch Barium und Strontium ähnliche Ergebnisse Jiefern. Die folgende Tabelle
gibt einige erfindungsgemäß benutzte Härtebäaer mit ihren Schmelzpunkten und, von
den- beiden letzten Bädern abgesehen, in Molekülzahlen die Zusammensetzung der Bäder
an.
| Nr. Mischung des Kühlbades Schmelzpunkt |
| 1 - - 0 C |
| L 42,5 KN 03 + 37,5 NaN 03 + 20 Ba
(N 0,) 2 ....... 170 |
| M - 35,3 - KN 03 + 31,3 NaN 03 +-33,3
Ba (N 03 )2 ...... 200 - |
| N 44,8 KN03 + 35,2 N.aN0, + 2o
Ba (N03)2 ....... 185 |
| 0 47,7- K N 03 + 42,3 - NaN
0, + io Sr (N 03 )2 - ....... 202- |
| P -800/OinGewichtNaN03+20%inGewichtPb(NO3)2
297 |
| Q 8o'/0,in Gewicht KNO.- 1- 20%in GewichtPb(NO3)2,
.187 |
Soweit auch für das Erhitzen des Glasgegenstandes bis nahe dem Erweichungspunkt
Bäder aus geschmolzenen anorganischen Salzen verwendet werden sollen, sieht die
Erfindung ein Bad vor, welches ganz oder teilweise aus einem geschmolzenen Alkalisalz
der Chronisäure besteht.
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Versuche haben gezeigt, daß die Alkalisalze der Chromsäure den obenerwähnten,
an Heizbäder für das Härten gestellten Erfordernissen in einem weit höherem Maße
entsprechen als irgendwelche bisher bnutzten Salze. So sind diese beispielsweise
vollkommen beständig, wenn sie allein oder in Mischung mit anderen Salzen erhitzt
werden; sie bilden weder Schaum noch verflüchtigen sie sich bei Temperaturen von
iooo bis. iioo' C. Außerdem zeigen die in ihnen behandelten Gläser keine
Spuren von Schrunden oder Beschädigungen, und die Haltbarkeit ihrer Oberfläche bleibt,
wenn sie :2 Minuten in diese Salze eingetaucht werden, vollständig bestehen.
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Bei der jetzigen Praxis genügt jedoch eine Eintauchdauer von nur 2o
bis 3o Sekunden.
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Die nachstehende Tabelle gibt einige erfindungsgemäße für das Heizen
benutzte Chrombäder an sowie den betreffenden Schmelzpunkt und das Mengenverhältnis
der Bestandteile, in Molekülzahl pro ioo Badmolekülen ausgedrückt.
| Heizbäder |
| Zusammensetzung Schmelzpunkt |
| OC |
| R 50 K2Cr0, + 5o Na.Cr0, .......................
775 |
| s 32,5 Na,Cr04 + 67,5 KCI .......................
525 |
| T 32,5 K.Cr04 + 67,5 KCI ........................
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Der zu härtende Glasgegenstand wird 20 bis
30 Sekunden bzw. genügend lange
in das Heizbad eingetaucht, um die Innentemperatur des Glases auf die zwischen seinem
Spannungspunkt und seinem Erweichungspunkt liegende Hölle zu bringen, worauf der
Gegenstand aus dem Heizbad herausgenommen und unmittelbar, beispielsweise durch
Eintauchen in ein Kühlbad, abgeschreckt wird.
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Da die Temperaturen des Heizbades von der Größe, Form und Zusammensetzung
der zu behandelnden Gegenstände abhängen, lassen sich die genauen Verhältnisse nicht
für alle Gläser angeben, jedoch kann man die Verhältnisse schnell für eine einzelne
bestimmte Glasart ermitteln und festlegen. So erhält beispielsweise eine Glasplatte
BI gemäß dem amerikanischen Patent 1 304 623 von S u 11 i -v
a n und T a y 1 o r, welche eine Minute in dem Bad R mit einer Temperatur
von 8oo' C
erhitzt und dann in einem Bad aus einer leicht schmelzenden Mischung
von Kaliumnitrat und Natriumnitrat mit einer Temperatur von 300' C gekühlt
worden ist, eine Höchstspannung voll 2 kg/mm2.
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Die Erfindung soll nicht darauf beschränkt sein, beim Härten eines
Glasgegenstandes sowohl die Heizbäder wie auch die Härtebäder gemäß der Erfindung
zusammen zu verwenden. Für den einen oder anderen Vorgang kann man Bäder oder sonstige
Mittel anderer Art verwenden. Allerdings ist der Gebrauch der erfindungsgemäßen
Bäder zum Erhitzen wie Abschrecken besonders für Gläser vorteilhaft, die eine hohe
Erweichungstemperatur besitzen. Es sei noch bemerkt, daß man mit einem Härtebad,
welches aus einem Alkalinitrat besteht und durch einen der oben angegebenen Zusätze
ergänzt ist, den gleichen Härtungsgrad erzielen kann wie mit einem Bad des gleichenAlkalinitrates
allein, abervonhöherer Temperatur. Infolge der durch die Zusätze bedingten Erniedrigung
der Temperaturen wird also die Verflüchtigung des Nitrates vermieden.