[go: up one dir, main page]

WO2022049201A1 - Glasgegenstand und verfahren zum herstellen eines glasgegenstandes - Google Patents

Glasgegenstand und verfahren zum herstellen eines glasgegenstandes Download PDF

Info

Publication number
WO2022049201A1
WO2022049201A1 PCT/EP2021/074279 EP2021074279W WO2022049201A1 WO 2022049201 A1 WO2022049201 A1 WO 2022049201A1 EP 2021074279 W EP2021074279 W EP 2021074279W WO 2022049201 A1 WO2022049201 A1 WO 2022049201A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
glass
kelvin
temperature
seconds
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2021/074279
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2022049201A8 (de
Inventor
Thomas VOLAND
Sabine HÖNIG
Martin Gross
Michael Heidan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
2mh Glas GmbH
Bergakademie Freiberg
Original Assignee
2mh Glas GmbH
Bergakademie Freiberg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 2mh Glas GmbH, Bergakademie Freiberg filed Critical 2mh Glas GmbH
Priority to EP21770231.5A priority Critical patent/EP4208424A1/de
Priority to CN202180065544.4A priority patent/CN116419912A/zh
Priority to US18/024,345 priority patent/US20230295032A1/en
Publication of WO2022049201A1 publication Critical patent/WO2022049201A1/de
Publication of WO2022049201A8 publication Critical patent/WO2022049201A8/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/007—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by thermal treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47G—HOUSEHOLD OR TABLE EQUIPMENT
    • A47G19/00—Table service
    • A47G19/02—Plates, dishes or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/012—Tempering or quenching glass products by heat treatment, e.g. for crystallisation; Heat treatment of glass products before tempering by cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/02—Tempering or quenching glass products using liquid
    • C03B27/022—Tempering or quenching glass products using liquid the liquid being organic, e.g. an oil
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/02—Tempering or quenching glass products using liquid
    • C03B27/022—Tempering or quenching glass products using liquid the liquid being organic, e.g. an oil
    • C03B27/024—Tempering or quenching glass products using liquid the liquid being organic, e.g. an oil the liquid being sprayed on the object
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/02—Tempering or quenching glass products using liquid
    • C03B27/03—Tempering or quenching glass products using liquid the liquid being a molten metal or a molten salt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00—Tempering or quenching glass products
    • C03B27/02—Tempering or quenching glass products using liquid
    • C03B27/03—Tempering or quenching glass products using liquid the liquid being a molten metal or a molten salt
    • C03B27/035—Tempering or quenching glass products using liquid the liquid being a molten metal or a molten salt the liquid being sprayed on the object
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B29/00—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins
    • C03B29/02—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins in a discontinuous way
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/078—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing an oxide of a divalent metal, e.g. an oxide of zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47G—HOUSEHOLD OR TABLE EQUIPMENT
    • A47G2400/00—Details not otherwise provided for in A47G19/00-A47G23/16
    • A47G2400/10—Articles made from a particular material

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a glass article.
  • thermal tempering columnloquially also referred to as thermal hardening or tempering
  • the glass workpiece to be strengthened is heated to approx. 600 °C in a furnace and then quickly quenched to room temperature. This quenching solidifies the surface and the external dimensions of the component change only slightly. Tensions arise within the glass workpiece, which ultimately lead to greater breaking strength.
  • DD 1579 66 discloses a method and a device for strengthening glass products by ion exchange.
  • the glass products are strengthened by alkali ion exchange between the glass surface and alkali salt melts.
  • hollow glass products with the opening facing downwards or hollow glass products that are rotated or pivoted about a horizontal axis are sprinkled with molten salt.
  • the salt is constantly circulated and passed through perforated plates in order to create a rain cascade for the glass products arranged in several layers.
  • this method can only be used in an economically viable manner when using comparatively expensive special glass.
  • DE 1 5 10 202 C2 discloses a method for producing hollow glass bodies using the blow-blow and press-blow shaping method with increased mechanical strength.
  • the method is characterized in that mist-like aqueous alkali metal salt solutions are added to the compressed air in the preliminary and/or finished mold of the blow-blow molding process or in the finished mold of the press-blow molding process.
  • DE 11 2014 003 344 T5 discloses chemically hardened glass for flat screens of digital cameras, cell phones, digital organizers, etc.
  • the glass is heated to a temperature preheated to 100°C and then immersed in molten salt.
  • the task is solved by a method which is characterized by the following steps: a. producing a glass body from a glass material, b. Bringing the glass body into contact with a primary temperature that is at most 50 Kelvin below and at most 30 Kelvin above the Littleton point of the glass material, with a liquid coolant that has a coolant temperature of at least 200 Kelvin and at most 550 Kelvin, in particular at least 200 Kelvin and at most 450 Kelvin, below the primary temperature.
  • the invention has the very special advantage that even comparatively inexpensive glass material, such as simple utility glass, in particular container glass, can be used as the starting material in order to obtain particularly break-resistant glass objects as a result.
  • glass objects produced according to the method according to the invention are more break-resistant than glass objects made from the same glass material that have been cooled in a conventional manner.
  • the invention has the very special advantage that a smaller wall thickness of the glass object is required, in particular for objects of daily use, due to the increased breaking strength.
  • the consequence of this is that glass can be saved in the production of the glass objects compared to glass objects conventionally produced from the same glass material.
  • the glass objects produced according to the invention can therefore have a lower intrinsic weight than glass objects conventionally produced from the same glass material.
  • the initial cooling rate is essentially determined by the difference between the primary temperature and the temperature of the coolant and by the material-specific heat transfer coefficient.
  • particularly good results are achieved with regard to fracture toughness if the primary temperature and the cooling medium temperature are selected in such a way that the initial cooling rate is in the range from 80 Kelvin to 120 Kelvin per second, is in particular in the range from 90 Kelvin to 110 Kelvin per second, or is 100° Kelvin per second.
  • the initial cooling rate is not less than 80 Kelvin per second, in particular not less than 100 Kelvin per second.
  • the glass material can advantageously be an alkali-containing silicate glass, in particular an alkali-alkaline-earth silicate glass, very particularly a soda-lime glass, or a borosilicate glass or an aluminosilicate glass.
  • alkali-earth-alkaline silicate glass has the particular advantage that it can be obtained inexpensively, but can still be processed into particularly break-resistant glass objects using the method according to the invention.
  • the primary temperature can advantageously be in the range from 700° Celsius to 760° Celsius, in particular in the range from 720° Celsius to 740° Celsius.
  • the cooling medium temperature in particular when the cooling medium is, for example, a molten salt such as molten sodium salt or molten potassium salt, can be in the range from 350 "Celsius to 500 "Celsius, in particular in the range from 390 “Celsius to 450 “Celsius or be in the range of 420 “Celsius to 440 "Celsius, in particular to achieve the advantageous cooling rate mentioned above.
  • a molten salt such as molten sodium salt or molten potassium salt
  • the primary temperature is no more than 30 degrees Celsius below and no more than 10 degrees Celsius above the Littleton point of the glass material or that the primary temperature corresponds to the Littleton point.
  • the Littleton point is the temperature at which the viscosity r
  • the glass body is produced from a melt of the glass material, in particular at a temperature of more than 1,500° Celsius, and in a first cooling process without contact with the liquid cooling agent, in particular outside of a cooling bath, until the Primary temperature cooled. As soon as the primary temperature has been reached, the glass body is brought into contact with the cooling agent, for example immersed in a cooling bath containing the cooling agent.
  • This procedure has the particular advantage that energy can be saved by using part of the process heat that the glass body still has from its production for the hardening and/or solidification process and thus no separate heating of the (previously initially under the Primary temperature cooled down) glass body to the primary temperature, must take place (which, however, as explained in detail below, is also quite alternatively possible).
  • This procedure is particularly suitable for a continuous manufacturing process in which the glass body is continuously produced and continuously in succession (after the primary temperature has been reached in each case) is brought into contact with the cooling agent, for example immersed in a cooling bath containing the cooling agent.
  • the continuously produced glass bodies can run through a cooling section until they are brought into contact, in particular up to the cooling bath, with the cooling section, the ambient temperature and the throughput speed being selected in such a way that the glass bodies are then exactly at the location of the in- Contact -Bringing, in particular the cooling bath, arrive when they have cooled to the primary temperature, which corresponds to an immersion temperature in the case of immersion.
  • the glass bodies can be moved continuously one after the other through the cooling bath and can be removed continuously one after the other.
  • the glass body which has initially cooled (below the primary temperature and in particular to room temperature), to be heated to the primary temperature before it is brought into contact.
  • This procedure is particularly advantageous for a discontinuous production process, in which the glass bodies produced and conventionally cooled to room temperature are assembled into batches for further processing, in particular on their own transport holder.
  • the heating can advantageously be done by transferring the glass body (in particular together with other glass bodies of a batch) into an oven.
  • the oven can advantageously have an oven temperature which corresponds to the Littleton point of the glass material or which is at most 50 Kelvin below and at most 30 Kelvin above the Littleton point of the glass material.
  • the oven can advantageously have an oven temperature that is in a range from 10 Kelvin to 40 Kelvin above the primary temperature.
  • the furnace temperature can advantageously be in the range from 650 "Celsius to 770 "Celsius, in particular in the range from 740 "Celsius to 760 “Celsius or in the range from 680 "Celsius to 730 “Celsius, lie or be 750 “Celsius.
  • the glass body remains in the furnace long enough to reach the primary temperature (at least at its outermost layer). However, the glass body must not remain in the furnace for too long in order to avoid unwanted deformation of the glass body. It has been shown that in the case of glass bodies that are designed as hollow bodies with a wall that has a wall thickness, particularly good results are achieved if the glass body is heated up for a time in the range from 35 seconds to 90 seconds, in particular from 45 seconds to 70 Seconds per millimeter of wall thickness, in particular for a heating time of 55 seconds per millimeter of wall thickness, remains in the furnace. In the case of a glass body whose wall has different thicknesses at different points, the wall thickness at the thinnest point is preferably decisive for the heating time.
  • the glass body is heated for a heating time in the range from 35 seconds to 90 seconds, in particular from 45 seconds to 70 seconds, per millimeter of thickness, in particular for a heating time of 55 Seconds per millimeter of thickness remaining in the oven.
  • the thickness at the thinnest point is preferably decisive for the heating time.
  • heating can be carried out in a particularly advantageous manner take place in a multi-stage, in particular two-stage, process.
  • the glass body is initially heated slowly to a first temperature and then quickly heated to the primary temperature.
  • the glass body is first heated to a first temperature at a first heating rate and is then heated to the primary temperature at a second heating rate, which is higher than the first heating rate.
  • This procedure has the very particular advantage that unwanted deformations of the glass body are effectively avoided, since all areas of the glass body reach the primary temperature at the same time or at least within a predetermined or specifiable time window. In this way, it is avoided that the areas of the vitreous body, which can be heated up more quickly, are already (unintentionally) deformed while it is still necessary to wait until other areas, which can be heated up less quickly, reach the primary temperature.
  • this procedure has the particular advantage that interactions between the glass body and the holder, which occurs in particular at high temperatures and which holds and/or transports the glass body during the execution of the method, are avoided or at least reduced.
  • the first temperature is preferably in a range from 50 degrees Kelvin below to 100 Kelvin above the transformation temperature of the glass material, in particular in a range from 0 Kelvin to 50 Kelvin above the transformation temperature of the glass material.
  • the transformation temperature is the temperature at which the glass changes from the plastic state to the rigid state during cooling; in particular the temperature at which the viscosity r
  • the oven temperature can be increased after the first heating-up phase, for example.
  • a furnace is used which has furnace areas at different temperatures, so that after the first heating phase in a first furnace area the glass body can be transferred to a second furnace area for the second heating phase.
  • the glass body is first heated at a first oven temperature and then at a second oven temperature, which is higher than the first oven temperature. It is of particular advantage here if the glass body is exposed to the second furnace temperature for a heating time in the range from 60 seconds to 120 seconds, in particular from 80 seconds to 100 seconds, or for a heating time of 90 seconds. In this way it is achieved that the glass body reaches the primary temperature everywhere without deformation of the glass body occurring.
  • the upper furnace temperature can advantageously be in the range from 680 °C to 730 °C.
  • the glass object is brought into contact by immersing it in a cooling bath that contains the cooling agent.
  • a cooling bath that contains the cooling agent.
  • the contacting it is also possible, for example, for the contacting to take place by spraying or by sprinkling with the cooling agent.
  • the glass object is brought into contact exclusively with a single liquid cooling agent.
  • the cooling bath contains only a single homogeneously mixed liquid cooling agent and/or that there is only a single layer with a single liquid cooling agent in the cooling bath.
  • each glass body of a batch that have been produced and cooled to room temperature in a conventional manner is each arranged in their own transport holder and then hardened and/or strengthened together and simultaneously in the manner described above.
  • each batch can be heated by transferring the transport fixture carrying the glass bodies of the batch into the furnace.
  • the transport holder together with the glass bodies can then be brought into contact with the cooling agent, in particular, for example, immersed in a cooling bath.
  • the glass body is removed from the cooling bath and further cooled in a cooling position outside the cooling bath and cleaned.
  • the cooling medium can be an oil, for example. It is also possible for the coolant to be a molten metal, for example tin, potassium or sodium, or a mixture of metals. In particular, a mixture of sodium and potassium can be used. Sodium-potassium mixtures with a potassium content of 45% to 89% are already liquid at room temperature. At a concentration of 22% sodium and 78% potassium, the boiling point is 785° C. and thus in particular above the Littleton point of alkali-earth-alkaline silicate glasses, in particular container glass.
  • a molten salt can advantageously be used as the cooling medium. It has been shown that particularly scratch-resistant surfaces of the glass object can be achieved if a potassium salt melt is used as the cooling agent.
  • the potassium salt melt can in particular contain potassium nitrate and/or potassium carbonate and/or potassium hydroxide solution and/or potassium bicarbonate and/or potassium phosphate. It is also possible, for example, to use a molten salt which (as an alternative to or in addition to at least one potassium salt) contains a sodium salt.
  • the molten salt can in particular contain sodium nitrate and/or sodium carbonate and/or caustic soda and/or sodium bicarbonate and/or sodium phosphate.
  • the liquid cooling medium is brought into contact with a regeneration material, in particular a solid one, which is designed to maintain physical and/or chemical properties of the cooling medium and/or to to delay a change in physical and/or chemical properties of the coolant. In this way, the use period of the coolant can be extended.
  • the regeneration material can be designed to bind contaminants that are introduced into the liquid coolant through contact with the hot glass bodies and/or through contact with carrier devices that support the glass bodies during the cooling process.
  • the regeneration material can be designed to absorb chemical substances that are released from the glass bodies and/or a carrier device during a cooling process and/or through other chemical substances to replace.
  • the regeneration material can be designed to release chemical substances into the cooling bath, which can be absorbed by the glass bodies and/or a carrier device.
  • the regeneration material releases chemical substances into the liquid cooling medium which improve the physical and/or chemical properties of the glass objects to be produced and/or a carrier device.
  • the regeneration material can be designed to release chemical substances that increase the strength, in particular the scratch resistance, and/or the hardness of the glass object.
  • the regeneration material is a glass or contains a glass.
  • the regeneration material in the form of solid bodies, for example in the form of balls, granules, plates, corrugated plates, irregularly corrugated plates, plates with an irregular surface or glass fibers or as a fleece or glass frits or sintered material, simply with the liquid Coolant can be brought into contact.
  • the use of a regeneration material which contains a silicate glass containing potassium or consists of a silicate glass containing potassium is particularly advantageous.
  • the regeneration material can in particular be melted from a raw material mixture which, in addition to potassium oxide, also contains at least one further oxide, in particular from the group: aluminum oxide, boron oxide, sulfur oxide, calcium oxide.
  • the regeneration material is melted from a raw material mixture which, in addition to potassium oxide, also contains several oxides, in particular from the group: aluminum oxide, boron oxide, sulfur oxide, calcium oxide, in the same or different proportions.
  • an increase in the concentration of foreign alkali metal ions that is disadvantageous for the physical properties of the glass objects can be avoided or at least very significantly delayed.
  • decomposition and thus an increase in the pH value of the liquid cooling agent can be avoided or at least very significantly delayed.
  • particulate contaminants can be avoided or reduced in particular by binding particulate contaminants as soon as they come into contact with the preferably solid regeneration material within the liquid cooling medium.
  • the regeneration material can be designed to chemical Emit substances that prevent or at least delay scaling of a carrier device that carries the at least one glass body during the cooling process.
  • Scaling is caused by the reaction of the material of the hot carrier device, for example steel or stainless steel, with the ambient air.
  • the temperature changes that constantly occur, particularly when immersing and surfacing the scale flakes off and contaminates the liquid coolant.
  • This can be prevented or at least reduced by means of a regeneration material which releases chemical substances into the liquid coolant which react with the surface layer of the carrier device and/or accumulate on the surface of the carrier device and thus prevent direct contact of the carrier device with the ambient air.
  • the carrier device can be made inert to a certain extent against the formation of scaling by adding a layer of potassium silicate.
  • the regeneration material remains in contact with the liquid cooling medium during the cooling process, in particular during a large number of successive cooling processes. This can be realized, for example, by introducing the regeneration material into a cooling bath in which the liquid cooling agent is located and in which the glass body is immersed during the production of the glass object.
  • the regeneration material can advantageously be present in particular in the form of balls, granules, frits, fibers, plates, corrugated plates, irregularly corrugated plates and/or plates with an irregular surface.
  • a large surface area compared to the volume and thus a large contact area with the molten salt is advantageously achieved, so that a high level of effectiveness can be achieved with a given use of regeneration material.
  • regeneration material is particularly advantageous in the form of a large number of irregularly corrugated plates or plates with an irregular surface, because these cannot adhere to one another over a large area, which would disadvantageously reduce the effective total surface area of the regeneration material body.
  • the regeneration material bodies used have a similar basic shape, with the individual regeneration material bodies differing in that they do not adhere to one another over a large area (such as with flat plates).
  • the individual regeneration material bodies can advantageously have a size, in particular diameter, grain size and/or thickness, in the range from 0.1 mm to 10 mm.
  • the glass material can advantageously be an alkali-earth-alkaline silicate glass.
  • This Glass material is easily available in large quantities and is comparatively inexpensive. This has the very particular advantage that everyday items, such as crockery or hollow containers for storing food, especially liquid food, can be produced inexpensively with a low net weight.
  • the invention has the particular advantage that material can be saved because, for example, a wall thickness of 3-5 mm is no longer required for a container with the same load capacity, but rather a wall thickness of 1-3 mm is sufficient.
  • a glass object produced according to the invention can be used in areas in which the use of glass (because of the risk of breakage) is currently not possible or not permitted due to its particular breakage resistance (in particular with an acceptable dead weight).
  • a particular possible use of the glass objects produced according to the invention is in the field of packaging. In particular, it is possible to replace current plastic packaging with glass packaging in a cost-effective manner.
  • the glass material can advantageously be an alkali-earth-alkaline silicate glass that can be procured at low cost, in particular a container glass.
  • the glass material can advantageously have a silicon dioxide content of more than 58% (percent by mass) and less than 85% (percent by mass), in particular more than 70% (percent by mass) and less than 74% (percent by mass).
  • a glass material that is an alkali-earth-alkaline silicate glass can advantageously have a silicon dioxide content of more than 70% (percent by mass) and less than 74% (percent by mass).
  • the glass material has an alkali oxide content, in particular sodium oxide content (NazO) and/or lithium oxide content (LizO), in the range from 5% (mass percent) to 20% (mass percent), in particular in the range from 10% (mass percent ) to 14.5% (mass percent) or in the range from 12% (mass percent) to 13.5% (mass percent).
  • alkali oxide content in particular sodium oxide content (NazO) and/or lithium oxide content (LizO)
  • NazO sodium oxide content
  • LizO lithium oxide content
  • the glass material can (alternatively or additionally) advantageously have a potassium oxide content (K2O) of at most 3% (mass percent), in particular at most 3% (mass percent) or at most 1% (mass percent).
  • K2O potassium oxide content
  • the glass material can have a potassium oxide content in the range from 0.5% (mass percent) to 0.9% (mass percent).
  • the glass material has a boron trioxide content of less than 15% (percent by mass), in particular of at most 5% (percent by mass).
  • a glass article produced by the method according to the invention is particularly advantageous. This in particular because it has a particular breaking strength and can still be made from an inexpensive glass material.
  • the glass object can be designed, for example, as a hollow body, in particular a drinking glass, a vase, a mug, a bowl or a bottle. It is also possible for the glass object to be designed as a crockery object, in particular as a plate or platter.
  • the glass object can also be in the form of flat glass, for example for a flat screen.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a method sequence according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of a method sequence according to the invention.
  • 3 to 6 are schematic representations of a third exemplary embodiment of a process sequence according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a process sequence according to the invention, in which a glass body 1 is produced from a glass material in a production plant 2 in a first step. This can be done, for example, by pressing, blowing, sucking or a combination of these techniques.
  • the production plant 2 can work according to the blow-blow or press-blow method.
  • the glass body is designed as a drinking glass.
  • the glass body 1 is cooled outside of a cooling bath 3 until a primary temperature is reached.
  • the primary temperature is no more than 50 Kelvin below and no more than 30 Kelvin above the Littleton point of the glass material.
  • the cooling bath 3 contains a liquid cooling medium 4 which has a cooling medium temperature which is at least 200 Kelvin and at most 550 Kelvin below the primary temperature.
  • the primary temperature and the cooling medium temperature are preferably selected in such a way that the initial cooling rate is approximately 100 Kelvin per second.
  • the glass body 1 is removed from the cooling bath 3 and further cooled and cleaned in a cooling position outside the cooling bath 3 .
  • glass bodies 1 are treated simultaneously in the manner described above.
  • a large number of glass bodies 1 can be immersed simultaneously in the cooling bath 3 and, after the cooling process, can be removed from the cooling bath 3 together or one after the other for further processing.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of a process sequence according to the invention, in which a glass body 1 is produced from a glass material in a production plant 2 in a first step.
  • This can be done, for example, by pressing, blowing, sucking or a combination of these techniques.
  • the production plant 2 can work according to the blow-blow or press-blow method.
  • the glass body 1 is first cooled to room temperature in a conventional manner.
  • the glass body 1 can advantageously be easily transported and/or combined with other glass bodies 1 to form a batch for further processing together.
  • the glass body 1 is then heated until the glass body 1 has reached the primary temperature.
  • the glass body 1 is transferred into an oven 5 .
  • the oven 5 has an oven temperature which corresponds to the Littleton point of the glass material or which is at most 50 Kelvin below and at most 30 Kelvin above the Littleton point of the glass material.
  • the oven 5 can advantageously have an oven temperature which is in a range from 10 Kelvin to 40 Kelvin above the primary temperature.
  • Glass body 1 which is designed as a hollow body with a wall that has a wall thickness, remain for a heating time in the range of 35 seconds to 45 seconds per millimeter wall thickness, in particular for a heating time of 40 seconds per millimeter wall thickness, in the furnace 5.
  • Glass body which is flat and has a thickness remain in the oven 5 for a heating time in the range of 35 seconds to 45 seconds per millimeter of thickness, in particular for a heating time of 40 seconds per millimeter of thickness.
  • the glass body 1 is immediately and completely immersed in the cooling bath 3 after removal from the furnace 5 .
  • the cooling bath 3 contains a liquid cooling medium 4 which has a cooling medium temperature which is at least 200 Kelvin and at most 550 Kelvin below the primary temperature.
  • the primary temperature and the cooling medium temperature are preferably selected in such a way that the initial cooling rate is 100 Kelvin per second.
  • the glass body 1 is removed from the cooling bath 3 and further cooled in a cooling position outside the cooling bath 3 and finally cleaned.
  • glass bodies 1 are treated simultaneously in the manner described above.
  • a large number of glass bodies 1 can be heated simultaneously in the furnace 5 and then immersed together in the cooling bath 3 and, after the cooling process, removed together from the cooling bath 3 for further processing.
  • FIGS. 3 to 6 show a schematic representation of a third exemplary embodiment of a process sequence according to the invention, in which a glass body 1 is produced from a glass material in a production facility 2 in a first step. This can be done, for example, by pressing, blowing, sucking or a combination of these techniques. In particular, the production plant 2 can work according to the blow-blow or press-blow method.
  • the glass body 1 is first cooled to room temperature in a conventional manner (FIG. 3). In this state, the glass body 1 can advantageously be easily transported and/or combined with other glass bodies 1 to form a batch for further processing together.
  • the glass body 1 is then heated in a two-stage process until the glass body 1 has reached the primary temperature.
  • the glass body 1 is transferred into a furnace 5 which has a first furnace area 6 with a first furnace temperature and a second furnace area with a second furnace temperature which is higher than the first furnace temperature.
  • the glass body (1) is first transferred to the first oven area 6 (FIG. 4) and heated there to a first temperature.
  • the first temperature is preferably in a range from 50 Kelvin below to 100 Kelvin above the transformation temperature of the glass material, in particular in a range from 0 Kelvin to 50 Kelvin above the transformation temperature of the glass material.
  • the glass body (1) is then transferred to the second furnace area 7 (FIG. 5) and heated there to the primary temperature, which is at most 50 Kelvin below and at most 30 Kelvin above the Littleton point of the glass material.
  • the glass body 1 is then removed from the furnace 5 and immediately and completely immersed in the cooling bath 3 ( Figure 6).
  • the cooling bath 3 contains a liquid cooling medium 4 which has a cooling medium temperature which is at least 200 Kelvin and at most 550 Kelvin below the primary temperature.
  • the primary temperature and the cooling medium temperature are preferably selected in such a way that the initial cooling rate is 100 Kelvin per second.
  • the glass body 1 is removed from the cooling bath 3 and further cooled in a cooling position outside the cooling bath 3 and finally cleaned.
  • glass bodies 1 are treated simultaneously in the manner described above.
  • a large number of glass bodies 1 can be heated simultaneously in the furnace 5 and then immersed together in the cooling bath 3 and, after the cooling process, removed together from the cooling bath 3 for further processing.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Glasgegensfandes. Das Verfahren beinhaltet den Schrift des Herstellens eines Glaskörpers aus einem Glasmaterial sowie den weiteren Schrift des In-Konfakf-Bringens des Glaskörpers mit einer Primärtemperafur, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, mit einem flüssigen Abkühlmittel, das eine Abkühlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin unter der Primärtemperatur liegt.

Description

Glasqeqenstand und Verfahren zum Herstellen eines Glasqeqenstandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes.
Es sind verschiedene Härte- und Verfestigungsverfahren bekannt, um Glas als vielseitiges Hightech Material der jeweiligen Verwendung ideal anzupassen. Die meisten Härte- und Verfestigungsverfahren sind entweder nur sehr aufwändig anwendbar und/oder setzten die Verwendung von zumeist teurem Spezialglas voraus.
Beispielsweise ist es bekannt, die Bruchfestigkeit von Glas durch sog. thermisches Vorspannen (umgangssprachlich auch thermisches Härten oder Tempern genannt) zu erhöhen. Hierbei wird das zu verfestigende Glaswerkstück in einem Ofen auf ca. 600 °C erhitzt und dann schnell auf Raumtemperatur abgeschreckt. Durch dieses Abschrecken erstarrt die Oberfläche und die äußeren Abmessungen des Bauteiles ändern sich nun nur noch wenig. Es entstehen innerhalb des Glaswerkstücks Spannungen, die im Ergebnis zu einer höheren Bruchfestigkeit führen.
Aus DD 1579 66 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfestigung von Glaserzeugnissen durch lonenaustausch bekannt. Die Glaserzeugnisse werden dabei durch Alkaliionenaustausch zwischen der Glasoberfläche und Alkalisalzschmelzen verfestigt. Zur Verfestigung werden Hohlglaserzeugnisse mit nach unten gekehrter Öffnung oder Hohlglaserzeugnisse, die um eine horizontale Achse gedreht oder geschwenkt werden, mit der Salzschmelze beregnet. Hierbei wird das Salz ständig umgewälzt und durch Lochbleche geleitet, um für die in mehreren Lagen angeordneten Glaserzeugnisse eine Regenkaskade zu erzeugen. Nachteiliger Weise ist dieses Verfahren nur unter Verwendung von vergleichsweise teurem Spezialglas wirtschaftlich sinnvoll nutzbar.
Aus DE 1 5 10 202 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohlglaskörpern nach dem Blas-Blas- und Press-Blas-Formgebungsverfahren mit erhöhter mechanischer Festigkeit bekannt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Blaspressluft in der Vor- und/oder Fertigform des Blas-Blas-Formgebungsverfahrens oder in der Fertigform des Press-Blas-Formgebungsverfahrens nebelförmige wässrige Alkalimetallsalzlösungen beigemischt werden.
Aus DE 1 1 2014 003 344 T5 ist ein chemisch gehärtetes Glas für Flachbildschirme von Digital- Kameras, Mobiltelefonen, digitalen Organizern usw., bekannt. Das chemisch gehärtete Glas weist eine Druckbelastungsschicht auf, die mit einem lonenaustausch-Verfahren erzeugt wird, wobei das Glas eine Oberflächen-Rauigkeit von 0,20 nm oder höher aufweist und wobei die Wasserstoffkonzentration Y im Bereich zu einer Tiefe X von einer äußersten Oberfläche des Glases der Gleichung Y = aX + b bei X = von 0,1 bis 0,4 (pm) genügt. Das Glas wird auf eine Temperatur von 100°C vorgeheizt und dann in geschmolzenes Salz eingetaucht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines kostengünstigen Glasgegenstandes, der besonders widerstandsfähig und robust ist, anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: a. Herstellen eines Glaskörpers aus einem Glasmaterial, b. In-Kontakt-Bringen des Glaskörpers mit einer Primärtemperatur, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, mit einem flüssigen Abkühlmittel, das eine Abkühlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter der Primärtemperatur liegt.
Die Erfindung hat insbesondere den ganz besonderen Vorteil, dass sogar vergleichsweise kostengünstiges Glasmaterial, wie beispielsweise einfaches Gebrauchsglas, insbesondere Behälterglas, als Ausgangsmaterial verwendet werden kann, um im Ergebnis ganz besonders bruchfeste Glasgegenstände zu erhalten. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Glasgegenstände bruchfester sind, als Glasgegenstände aus demselben Glasmaterial, die auf herkömmliche Weise abgekühlt wurden.
Die Erfindung hat den ganz besonderen Vorteil, dass insbesondere für Gebrauchsgegenstände des täglichen Bedarfs auf Grund der erhöhten Bruchfestigkeit eine geringere Wandstärke des Glasgegenstandes erforderlich ist. Dies hat zur Folge, dass bei der Herstellung der Glasgegenstände gegenüber herkömmlich aus demselben Glasmaterial hergestellten Glasgegenständen Glas eingespart werden kann. Insbesondere können die erfindungsgemäß hergestellten Glasgegenstände daher ein geringeres Eigengewicht aufweisen, als herkömmlich aus demselben Glasmaterial hergestellte Glasgegenstände.
In erfindungsgemäßer Weise wurde insbesondere erkannt, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn der Glaskörper - anders als bei dem herkömmlichen Tempern - nicht schlagartig auf Raumtemperatur abgeschreckt wird. Es wurde weiter erkannt, dass die anfängliche Abkühlrate im Wesentlichen durch die Differenz zwischen der Primärtemperatur und der Abkühlmitteltemperatur sowie durch den materialspezifischen Wärmeübergangskoeffizient bestimmt ist. Insbesondere werden besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Bruchfestigkeit erzielt, wenn die Primärtemperatur und die Abkühlmitteltemperatur derart gewählt werden, dass die anfängliche Abkühlrate im Bereich vom 80 Kelvin bis 120 Kelvin pro Sekunde liegt, insbesondere im Bereich vom 90 Kelvin bis 1 10 Kelvin pro Sekunde liegt, oder 100° Kelvin pro Sekunde beträgt. Bei einer besonderen Ausführung ist die anfängliche Abkühlrate nicht geringer als 80 Kelvin pro Sekunde, insbesondere nicht geringer als 100 Kelvin pro Sekunde.
Wie weiter unten noch im Detail ausgeführt ist, kann das Glasmaterial vorteilhaft ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk- Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas oder ein Alumosilikatglas sein. Insbesondere Alkali-Erdalkali- Silikatglas hat den besonderen Vorteil, dass es kostengünstig erhältlich ist, aber dennoch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu besonders bruchfesten Glasgegenständen verarbeitet werden kann. Insbesondere bei der Verwendung von Alkali-Erdalkali-Silikatglas als Glasmaterial kann die Primärtemperatur vorteilhaft im Bereich vom 700 “Celsius bis 760 “Celsius, insbesondere im Bereich von 720 “Celsius bis 740 “Celsius liegen. Entsprechend kann die Abkühlmitteltemperatur, insbesondere wenn es sich bei dem Abkühlmittel beispielsweise um ein geschmolzenes Salz, wie beispielsweise geschmolzenes Natriumsalz oder geschmolzenes Kaliumsalz handelt, im Bereich von 350 “Celsius bis 500 “Celsius, insbesondere im Bereich vom 390 “Celsius bis 450 “Celsius oder im Bereich von 420 “Celsius bis 440 “Celsius liegen, insbesondere um die oben genannte, vorteilhafte Abkühlrate zu erzielen.
Besonders gut reproduzierbare Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Primärtemperatur höchstens 30 “Celsius unter und höchstens 10 “Celsius über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt oder dass die Primärtemperatur dem Littleton-Punkt entspricht.
Der Littleton-Punkt ist die Temperatur, bei der die Viskosität r| IO66 Pa s (Pascal mal Sekunde) beträgt.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Glaskörpers aus einer Schmelze des Glasmaterials, insbesondere bei einer Temperatur von über 1.500° Celsius, hergestellt und in einem ersten Abkühlprozess ohne Kontakt mit dem flüssigen Abkühlmittel, insbesondere außerhalb eines Abkühlbades, bis zum Erreichen der Primärtemperatur abgekühlt. Sobald Primärtemperatur erreicht ist, wird der Glaskörper mit dem Abkühlmittel in Kontakt gebracht, beispielsweise in ein Abkühlbad, das das Abkühlmittel beinhaltet, eingetaucht. Diese Vorgehensweise hat den ganz besonderen Vorteil, dass Energie eingespart werden kann, indem ein Teil der Prozesswärme, die der Glaskörpers noch von seiner Herstellung aufweist, für den Härtungs- und/oder Verfestigungsprozess genutzt wird und somit kein separates Erwärmen des (zuvor zunächst unter die Primärtemperatur erkalteten) Glaskörpers auf die Primärtemperatur, erfolgen muss (was jedoch, wie weiter unten ausführlich erläutert, durchaus alternativ auch möglich ist). Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere für einen kontinuierlichen Herstellungsprozess an, bei dem fortlaufend Glaskörper hergestellt und kontinuierlich nacheinander (nachdem jeweils die Primärtemperatur erreicht ist) mit dem Abkühlmittel in Kontakt gebracht wird, beispielsweise in ein Abkühlbad, das das Abkühlmittel beinhaltet, eingetaucht werden. Insbesondere können die kontinuierlich hergestellten Glaskörper eine Abkühlstrecke bis zu dem In-Kontakt-Bringen, insbesondere bis zu dem Abkühlbad, durchlaufen, wobei die Abkühlstrecke, die Umgebungstemperatur und die Durchlaufgeschwindigkeit derart gewählt sind, dass die Glaskörper jeweils genau dann an dem Ort des In-Kontakt -Bringens, insbesondere dem Abkühlbad, ankommen, wenn sie auf die Primärtemperatur, die im Falle eines Eintauchens einer Eintauchtemperatur entspricht, abgekühlt sind. Insbesondere können die Glaskörper kontinuierlich nacheinander durch das Abkühlbad bewegt und kontinuierlich nacheinander entnommen werden.
Es ist alternativ auch möglich, dass der zunächst (unter die Primärtemperatur und insbesondere auf Raumtemperatur) erkaltete Glaskörper vor dem In-Kontakt-Bringen auf die Primärtemperatur erhitzt wird. Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere vorteilhaft für einen diskontinuierlichen Herstellprozess an, bei dem die hergestellten und auf herkömmliche Weise auf Raumtemperatur abgekühlten Glaskörper für die Weiterverarbeitung, insbesondere auf jeweils einer eigenen Transporthalterung, zu Chargen zusammengestellt werden.
Das Erhitzen kann vorteilhaft dadurch geschehen, dass der Glaskörper (insbesondere zusammen mit weiteren Glaskörpern einer Charge) in einen Ofen überführt wird. Der Ofen kann vorteilhaft eine Ofentemperatur aufweisen, die dem Littleton-Punkt des Glasmaterials entspricht oder die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt. Insbesondere kann der Ofen vorteilhaft eine Ofentemperatur aufweisen, die in einem Bereich von 10 Kelvin bis 40 Kelvin über der Primärtemperatur liegt. Insbesondere bei der Verwendung von Alkali-Erdalkali-Silikatglas als Glasmaterial kann die Ofentemperatur vorteilhaft im Bereich von 650 “Celsius bis 770 “Celsius, insbesondere im Bereich von 740 “Celsius bis 760 “Celsius oder im Bereich von 680 “Celsius bis 730 “Celsius, liegen oder 750 “Celsius betragen.
Es ist wichtig darauf zu achten, dass der Glaskörper ausreichend lange im Ofen verbleibt, um (zumindest an seiner äußersten Schicht) die Primärtemperatur zu erreichen. Allerdings darf der Glaskörper nicht zu lange in dem Ofen verbleiben, um ungewollte Verformungen des Glaskörpers zu vermeiden. Es hat sich gezeigt, dass bei Glaskörpern, die als Hohlkörper mit einer Wandung ausgebildet sind, die eine Wanddicke aufweist, besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn der Glaskörper für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 90 Sekunden, insbesondere von 45 Sekunden bis 70 Sekunden pro Millimeter Wanddicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 55 Sekunden pro Millimeter Wanddicke, in dem Ofen verbleibt. Bei einem Glaskörper, dessen Wandung an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich dick ist, ist vorzugsweise die Wanddicke an der dünnsten Stelle ausschlaggebend für die Aufheizzeit. Bei Glaskörpern, die flach ausgebildet ist und eine Dicke aufweisen, werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn der Glaskörper für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 90 Sekunden, insbesondere von 45 Sekunden bis 70 Sekunden, pro Millimeter Dicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 55 Sekunden pro Millimeter Dicke, in dem Ofen verbleibt. Bei einem Glaskörper, der an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich dick ist, ist vorzugsweise die Dicke an der dünnsten Stelle ausschlaggebend für die Aufheizzeit.
Insbesondere bei Glaskörpern, die eine Wanddicke bzw. eine Dicke von mehr als 2 Millimetern, insbesondere von mehr als 3 Millimetern, aufweisen und/oder Glaskörpern, die in unterschiedlichen Bereichen sehr unterschiedliche Wanddicken bzw. Dicken aufweisen, kann das Erhitzen in ganz besonders vorteilhafter Weise in einem mehrstufigen, insbesondere zweistufigen, Prozess erfolgen. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Glaskörper zunächst langsam auf eine erste Temperatur aufgeheizt wird und anschließend schnell auf die Primärtemperatur aufgeheizt wird. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Glaskörper zunächst mit einer ersten Aufheizrate auf eine erste Temperatur aufgeheizt wird und anschließend mit einer zweiten Aufheizrate, die über der ersten Aufheizrate liegt, auf die Primärtemperatur aufgeheizt wird.
Diese Vorgehensweise hat den ganz besonderen Vorteil, dass ungewollte Verformungen des Glaskörpers wirkungsvoll vermieden werden, da alle Bereiche des Glaskörpers die Primärtemperatur gleichzeitig oder wenigstens innerhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitfensters erreichen. Es wird so vermieden, dass die Bereiche des Glaskörpers, die sich schneller aufheizen lassen sich bereits (ungewollt) verformen, während noch gewartet werden muss, bis andere Bereiche, die sich weniger schnell aufheizen lassen, die Primärtemperatur erreichen.
Außerdem hat diese Vorgehensweise den ganz besonderen Vorteil, dass insbesondere bei hohen Temperaturen auftretende Wechselwirkungen des Glaskörpers mit dem Halter, der den Glaskörper während der Ausführung des Verfahrens hält und/oder transportiert, vermieden oder wenigstens reduziert werden.
Vorzugsweise liegt die erste Temperatur in einem Bereich von 50 Grad Kelvin unter bis 100 Kelvin über der Transformationstemperatur des Glasmaterials, insbesondere in einem Bereich von 0 Kelvin bis 50 Kelvin über der Transformationstemperatur des Glasmaterials. Die Transformationstemperatur ist die Temperatur, bei der das Glas während der Abkühlung aus dem plastischen Bereich in den starren Zustand übergeht; insbesondere die Temperatur, bei der die Viskosität r| IO123 Pa s (Pascal mal Sekunde) beträgt. Um dies zu erreichen, kann beispielsweise die Ofentemperatur nach der ersten Aufheizphase erhöht werden. Es ist alternativ auch möglich, zwei Öfen mit unterschiedlichen Ofentemperaturen zu verwenden, wobei der Glaskörper nach der ersten Aufheizphase von dem ersten Ofen in den zweiten Ofen, der eine höhere Ofentemperatur aufweist, für die zweite Aufheizphase überführt wird. Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung wird ein Ofen verwendet, der Ofenbereiche unterschiedlicher Temperatur aufweist, so dass der Glaskörper nach der ersten Aufheizphase in einem ersten Ofenbereich für die zweite Aufheizphase in einen zweiten Ofenbereich überführt werden kann.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Glaskörper zuerst bei einer ersten Ofentemperatur und danach bei einer zweiten Ofentemperatur, die höher ist, als die erste Ofentemperatur, erhitzt wird. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Glaskörper für eine Aufheizzeit im Bereich von 60 Sekunden bis 120 Sekunden, insbesondere von 80 Sekunden bis 100 Sekunden, oder für eine Aufheizzeit von 90 Sekunden der zweiten Ofentemperatur ausgesetzt wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Glaskörper überall die Primärtemperatur erreicht, ohne dass es zu Verformungen des Glaskörpers kommt.
Bei Alkali-Erdalkali-Silikatglas kann die obere Ofentemperatur vorteilhaft im Bereich von 680 “Celsius bis 730 “Celsius liegen.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt das In-Kontakt-Bringen durch ein Eintauchen des Glasgegenstandes in ein Abkühlbad, das das Abkühlmittel beinhaltet. Es ist alternativ beispielsweise auch möglich, dass das In-Kontakt-Bringen durch Besprühen oder durch Berieseln mit dem Abkühlmittel erfolgt.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung wird der Glasgegenstand ausschließlich mit einem einzigen flüssigen Abkühlmittel in Kontakt gebracht. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Abkühlbad nur ein einziges homogen vermischtes flüssiges Abkühlmittel beinhaltet und/oder dass es nur eine einzige Schicht mit einem einzigen flüssigen Abkühlmittel in dem Abkühlbad gibt.
Insbesondere kann bei einem diskontinuierlichen Herstellprozess vorteilhaft vorgesehen sein, dass mehrere hergestellte und auf herkömmliche Weise auf Raumtemperatur abgekühlte Glaskörper einer Charge jeweils in einer eigenen Transporthalterung angeordnet und anschließend zusammen und gleichzeitig in der oben beschriebenen Weise gehärtet und/oder verfestigt werden. Insbesondere kann jede Charge aufgeheizt, werden, indem die Transporthalterung, die die Glaskörper der Charge trägt, in den Ofen überführt wird. Anschließend kann die Transporthalterung samt den Glaskörpern mit dem Abkühlmittel in Kontakt gebracht, insbesondere beispielsweise in ein Abkühlbad eingetaucht, werden.
Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne seit dem In-Kontakt-Bringen, insbesondere einem Eintauchen, die vorzugsweise länger als fünf Minuten, insbesondere länger als zehn Minuten, ist, wird der Glaskörper aus dem Abkühlbad heraus genommen und in einer Abkühlposition außerhalb des Abkühlbades weiter abgekühlt und gereinigt.
Das Abkühlmittel kann beispielsweise ein Öl sein. Es ist auch möglich, dass es sich bei dem Abkühlmittel um ein geschmolzenes Metall, beispielsweise Zinn, Kalium oder Natrium, oder um ein Metallgemisch handelt. Insbesondere kann eine Mischung aus Natrium und Kalium verwendet werden. Natrium-Kalium-Mischungen mit einem Kaliumgehalt von 45 % bis 89 % sind bereits bei Raumtemperatur flüssig. Bei einer Konzentration von 22 % Natrium und 78 % Kalium liegt der Siedepunkt bei 785 C und damit insbesondere über dem Littleton-Punkt von Alkali- Erdalkali-Silikatgläsern, insbesondere von Behälterglas.
Als Abkühlmittel kann vorteilhaft insbesondere eine Salzschmelze verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass besonders kratzfeste Oberflächen des Glasgegenstandes erzielt werden, wenn als Abkühlmittel eine Kaliumsalzschmelze verwendet wird. Die Kaliumsalzschmelze kann insbesondere Kaliumnitrat und/oder Kaliumcarbonat und/oder Kalilauge und/oder Kaliumhydrogencarbonat und/oder Kaliumphosphat beinhalten. Es kann beispielsweise auch eine Salzschmelze verwendet werden, die (alternativ oder zusätzlich zu wenigstens einem Kaliumsalz) ein Natriumsalz beinhaltet. Die Salzschmelze kann insbesondere Natriumnitrat und/oder Natriumcarbonat und/oder Natronlauge und/oder Natriumhydrogencarbonat und/oder Natriumphosphat beinhalten.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung wird das flüssige Abkühlmittel fortlaufend oder in, insbesondere konstanten, zeitlichen Abständen mit einem, insbesondere festen, Regenerationsmaterial in Kontakt gebracht, das dazu ausgebildet ist, physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Abkühlmittels zu erhalten und/oder dazu, eine Veränderung von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Abkühlmittels zu verzögern. Auf diese Weise kann der Verwendungszeitraum des Abkühlmittels verlängert werden.
Das Regenerationsmaterial kann insbesondere dazu ausgebildet sein, Verschmutzungsstoffe zu binden, die durch den Kontakt mit den heißen Glaskörpern und/oder durch den Kontakt mit Trägervorrichtungen, die die Glaskörper während des Abkühlvorganges tragen, in das flüssige Abkühlmittel eingetragen werden. Insbesondere kann das Regenerationsmaterial dazu ausgebildet sein, chemische Stoffe, die sich bei einem Abkühlvorgang aus den Glaskörpern und/oder einer Trägervorrichtung lösen aufzunehmen und/oder durch andere chemische Stoffe zu ersetzen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Regenerationsmaterial dazu ausgebildet sein, chemische Stoffe in das Abkühlbad abzugeben, die von den Glaskörpern und/oder einer Trägervorrichtung aufgenommen werden können. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Regenerationsmaterial chemische Stoffe in das flüssige Abkühlmittel abgibt, die die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der herzustellenden Glasgegenstände und/oder einer Trägervorrichtung verbessern. Beispielsweise kann das Regenerationsmaterial dazu ausgebildet sein, chemische Stoffe abzugeben, die die Festigkeit, insbesondere die Kratzfestigkeit, und/oder die Härte des Glasgegenstandes erhöhen.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ist das Regenerationsmaterial ein Glas oder beinhaltet ein Glas. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass das Regenerationsmaterial in Form von festen Körpern, beispielsweise in Form von Kugeln, Granulat, Platten, gewellten Platten, unregelmäßig gewellten Platten, Platten mit unregelmäßiger Oberfläche oder Glasfasern oder als Vlies oder Glasfritten oder Sintermaterial, einfach mit dem flüssigen Abkühlmittel in Kontakt gebracht werden kann. Insbesondere bei Glasgegenständen, die aus den oben Glasmaterial hergestellt sind, ist die Verwendung eines Regenerationsmaterials besonders vorteilhaft, das ein kaliumhaltiges Silikatglas beinhaltet oder aus einem kaliumhaltigen Silikatglas besteht. Das Regenerationsmaterial kann insbesondere aus einem Rohmaterialgemisch erschmolzen sein, das außer Kaliumoxid zusätzlich wenigstens ein weiteres Oxid, insbesondere aus der Gruppe: Aluminiumoxid, Boroxid, Schwefeloxid, Calciumoxid, beinhaltet. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Regenerationsmaterial aus einem Rohmaterialgemisch erschmolzen ist, das außer Kaliumoxid zusätzlich mehrere Oxide, insbesondere aus der Gruppe: Aluminiumoxid, Boroxid, Schwefeloxid, Calciumoxid, in gleichen oder unterschiedlichen Anteilen beinhaltet. Durch die Verwendung eines solchen Regenerationsmaterials kann wenigstens eine der drei nachfolgend genannten ganz wesentlichen Alterserscheinungen des flüssigen Abkühlmittels, insbesondere in einem Abkühlbad, vermieden oder wenigstens sehr wesentlich hinausgezögert werden. Insbesondere kann ein für die physikalischen Eigenschaften der Glasgegenstände nachteiliger Anstieg der Konzentration von Fremdalkaiionen vermieden oder wenigstens sehr wesentlich hinausgezögert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Zersetzung und damit ein pH-Wert-Anstieg des flüssigen Abkühlmittels vermieden oder wenigstens sehr wesentlich hinausgezögert werden. Darüber hinaus können partikelförmige Verunreinigungen insbesondere dadurch vermieden oder reduziert werden, dass partikelförmige Verunreinigungen gebunden werden, sobald sie innerhalb des flüssigen Abkühlmittels mit dem, vorzugsweise festen, Regenerationsmaterial in Kontakt kommen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Regenerationsmaterial dazu ausgebildet sein, chemische Stoffe abzugeben, die eine Verzunderung einer Trägervorrichtung, die den wenigstens einen Glaskörper während des Abkühlvorganges trägt, zu verhindern oder zumindest zu verzögern. Eine Verzunderung entsteht durch die Reaktion des Materials der heißen Trägervorrichtung, beispielsweise Stahl oder Edelstahl, mit der Umgebungsluft. Durch die insbesondere bei einem Eintauchen und einem Auftauchen ständig auftretenden Temperaturwechsel platzt der Zunder ab und verunreinigt das flüssige Abkühlmittel. Dies kann mittels eines Regenerationsmaterials verhindert oder zumindest vermindert werden, welches chemische Stoffe in das flüssige Abkühlmittel abgeben, die mit der Oberflächenschicht der Trägervorrichtung reagieren und/oder sich auf der Oberfläche der Trägervorrichtung anlagern und so einen direkten Kontakt der Trägervorrichtung mit der Umgebungsluft verhindern. Beispielsweise kann die Trägervorrichtung durch die Anlagerung einer Kaliumsilikatschicht gewissermaßen inert gegen die Bildung einer Verzunderung gemacht werden.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung verbleibt das Regenerationsmaterial während des Abkühlvorganges, insbesondere während einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abkühlvorgängen, in Kontakt mit dem flüssigen Abkühlmittel. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass das Regenerationsmaterial in ein Abkühlbad eingebracht wird, in dem sich das flüssige Abkühlmittel befindet und in das der Glaskörper bei der Herstellung des Glasgegenstandes eingetaucht wird.
Das Regenerationsmaterial kann vorteilhaft - nach einem eigenständigen Erfindungsgedanken - insbesondere in Form von Kugeln, Granulat, Fritten, Fasern, Platten, gewellten Platten, unregelmäßig gewellten Platten und/oder Platten mit einer unregelmäßigen Oberfläche) vorliegen. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine große Oberfläche im Vergleich zum Volumen und damit eine große Kontaktfläche zu der Salzschmelze erreicht, so dass bei gegebenem Regenerationsmaterialeinsatz eine große Wirksamkeit erreicht werden kann. Ganz besonders vorteilhaft ist - nach einem eigenständigen Erfindungsgedanken - Regenerationsmaterial in Form einer Vielzahl von unregelmäßig gewellten Platten oder Platten mit einer unregelmäßigen Oberfläche, weil diese nicht flächig aneinander haften können, was die wirksame Gesamtoberfläche der Regenerationsmaterialkörper nachteiliger Weise verringern würde. Ganz allgemein kann daher vorteilhaft vorgesehen sein, dass die verwendeten Regenerationsmaterialkörper eine ähnliche Grundform aufweisen, wobei sich die einzelnen Regenerationsmaterialkörper jedoch insoweit unterscheiden, dass ein flächiges Aneinanderhaften (wie beispielsweise bei ebenen Platten) vermieden ist. Die einzelnen Regenerationsmaterialkörper können vorteilhaft eine Größe, insbesondere Durchmesser, Korngröße und/oder Dicke, im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm aufweisen.
Wie bereits erwähnt, kann das Glasmaterial vorteilhaft ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas sein. Dieses Glasmaterial ist in großen Mengen einfach und vergleichsweise kostengünstig verfügbar. Dies hat den ganz besonderen Vorteil, dass Gebrauchsgegenstände des täglichen Bedarfs, wie beispielsweise Geschirr oder Hohlgefäße zur Aufbewahrung von, insbesondere flüssigen, Lebensmitteln kostengünstig bei geringem Eigengewicht herstellbar sind.
Wie bereits erwähnt, hat die Erfindung den besonderen Vorteil, dass Material eingespart werden kann, weil beispielsweise für einen Behälter bei gleicher Belastbarkeit nicht mehr eine Wanddicke von 3-5 mm erforderlich ist, sondern vielmehr eine Wanddicke von 1-3 mm ausreichend ist. Darüber hinaus gibt es den weiteren Vorteil, dass ein erfindungsgemäß hergestellter Glasgegenstand auf Grund seiner besonderen Bruchfestigkeit (insbesondere bei akzeptablem Eigengewicht) in Bereichen eingesetzt werden kann, in denen derzeit die Verwendung von Glas (wegen der Bruchgefahr) derzeit nicht sinnvoll möglich oder nicht erlaubt ist. Eine besondere Verwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäß hergestellten Glasgegenstände besteht insbesondere auf dem Gebiet der Verpackungen. Insbesondere ist es möglich, derzeitige Kunststoffverpackungen in kostengünstiger Weise durch Glasverpackungen zu ersetzen. Auch hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass das Glasmaterial vorteilhaft ein kostengünstig beschaffbares Alkali-Erdalkali-Silikatglas, insbesondere ein Behälterglas, sein kann.
Das Glasmaterial kann vorteilhaft einen Siliziumdioxidanteil von mehr als 58 % (Massenprozent) und von weniger als 85 % (Massenprozent), insbesondere von mehr als 70 % (Massenprozent) und von weniger als 74 % (Massenprozent) aufweisen. Insbesondere ein Glasmaterial, das ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas ist, kann vorteilhaft einen Siliziumdioxidanteil von mehr als 70 % (Massenprozent) und von weniger als 74 % (Massenprozent) aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Glasmaterial einen Alkalioxidanteil, insbesondere Natriumoxidanteil (NazO) und/oder Lithiumoxidanteil (LizO), im Bereich von 5 % (Massenprozent) bis 20 % (Massenprozent), insbesondere im Bereich von 10 % (Massenprozent) bis 14,5% (Massenprozent) oder im Bereich von 12 % (Massenprozent) bis 13,5 % (Massenprozent) aufweist.
Das Glasmaterial kann (alternativ oder zusätzlich) vorteilhaft einen Kaliumoxidanteil (K2O) von höchstens 3 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 3% (Massenprozent) oder von höchstens 1 % (Massenprozent), aufweisen. Insbesondere kann das Glasmaterial einen Kaliumoxidanteil im Bereich von 0,5% (Massenprozent) bis 0,9 % (Massenprozent) aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Glasmaterial einen Bortrioxidanteil von weniger als 15 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 5 % (Massenprozent), aufweist. Wie bereits erwähnt, ist ein Glasgegenstand, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, ganz besonders vorteilhaft. Dies insbesondere, weil er eine besondere Bruchfestigkeit aufweist und dennoch aus einem kostengünstigen Glasmaterial hergestellt werden kann. Der Glasgegenstand kann beispielsweise als ein Hohlkörper, insbesondere ein Trinkglas, eine Vase, ein Becher, eine Schüssel oder eine Flasche, ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der Glasgegenstand als Geschirrgegenstand, insbesondere als Teller oder Platte, ausgebildet ist. Der Glasgegenstand kann auch als Flachglas, beispielsweise für einen Flachbildschirm, ausgebildet sein.
Soweit nichts anderes angegeben ist, handelt es sich bei Prozentangaben um Massenprozent.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft und schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs, und
Fig. 3 bis 6 schematische Darstellungen eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs, bei dem in einem ersten Schritt ein Glaskörper 1 aus einem Glasmaterial in einer Herstellanlage 2 hergestellt wird. Dies kann beispielsweise durch Pressen, Blasen, Saugen oder eine Kombination dieser Techniken geschehen. Insbesondere kann die Herstellanlage 2 nach dem Blas-Blas- oder Press-Blas-Verfahren arbeiten. In dem Ausführungsbeispiel ist der Glaskörper als Trinkglas ausgebildet.
In einem ersten Abkühlprozess wird der Glaskörper 1 außerhalb eines Abkühlbades 3 soweit abgekühlt, bis eine Primärtemperatur erreicht ist. Die Primärtemperatur liegt höchstens 50° Kelvin unter und höchstens 30° Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials.
Sobald die Primärtemperatur erreicht ist, wird der Glaskörper 1 vollständig in das Abkühlbad 3 eingetaucht. Das Abkühlbad 3 beinhaltet ein flüssiges Abkühlmittel 4, das eine Abkühlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin unter der Primärtemperatur liegt. Die Primärtemperatur und die Abkühlmitteltemperatur sind vorzugsweise derart gewählt, dass die anfängliche Abkühlrate ca. 100 Kelvin pro Sekunde beträgt.
Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne seit dem Eintauchen, die vorzugsweise länger als 5 Minuten, insbesondere länger als 10 Minuten, ist, wird der Glaskörper 1 aus dem Abkühlbad 3 heraus genommen und in einer Abkühlposition außerhalb des Abkühlbades 3 weiter abgekühlt und gereinigt.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mehrere Glaskörper 1 gleichzeitig in der oben beschriebenen Weise behandelt werden. Insbesondere können eine Vielzahl von Glaskörpern 1 gleichzeitig in das Abkühlbad 3 eingetaucht und nach dem Abkühlvorgang gemeinsam oder nacheinander aus dem Abkühlbad 3 zur Weiterbearbeitung entnommen werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs, bei dem in einem ersten Schritt ein Glaskörper 1 aus einem Glasmaterial in einer Herstellanlage 2 hergestellt wird. Dies kann beispielsweise durch Pressen, Blasen, Saugen oder eine Kombination dieser Techniken geschehen. Insbesondere kann die Herstellanlage 2 nach dem Blas-Blas- oder Press-Blas-Verfahren arbeiten.
In einem weiteren Schritt wird der Glaskörper 1 auf herkömmliche Weise zunächst auf Raumtemperatur abgekühlt. In diesem Zustand kann der Glaskörper 1 vorteilhaft einfach transportiert und/oder mit anderen Glaskörpern 1 zu einer Charge für eine gemeinsame Weiterbearbeitung zusammengestellt werden.
Anschließend wird der Glaskörper 1 erhitzt, bis der Glaskörper 1 die Primärtemperatur erreicht hat. Hierzu wird der Glaskörper 1 in einen Ofen 5 überführt. Der Ofen 5 weist eine Ofentemperatur auf, die dem Littleton-Punkt des Glasmaterials entspricht oder die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt. Insbesondere kann der Ofen 5 vorteilhaft eine Ofentemperatur aufweisen, die in einem Bereich von 10 Kelvin bis 40 Kelvin über der Primärtemperatur liegt.
Glaskörper 1 , die als Hohlkörper mit einer Wandung ausgebildet sind, die eine Wanddicke aufweist, verbleiben für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 45 Sekunden pro Millimeter Wanddicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 40 Sekunden pro Millimeter Wanddicke, in dem Ofen 5. Glaskörper, die flach ausgebildet ist und eine Dicke aufweisen, verbleiben für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 45 Sekunden pro Millimeter Dicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 40 Sekunden pro Millimeter Dicke, in dem Ofen 5.
Der Glaskörper 1 wird nach der Entnahme aus dem Ofen 5 unverzüglich und vollständig in das Abkühlbad 3 eingetaucht. Das Abkühlbad 3 beinhaltet ein flüssiges Abkühlmittel 4, das eine Abkühlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin unter der Primärtemperatur liegt. Die Primärtemperatur und die Abkühlmitteltemperatur sind vorzugsweise derart gewählt, dass anfängliche Abkühlrate 100 Kelvin pro Sekunde beträgt.
Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne seit dem Eintauchen, die vorzugsweise länger als 5 Minuten, insbesondere länger als 10 Minuten, ist, wird der Glaskörper 1 aus dem Abkühlbad 3 heraus genommen und in einer Abkühlposition außerhalb des Abkühlbades 3 weiter abgekühlt und schließlich gereinigt.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mehrere Glaskörper 1 gleichzeitig in der oben beschriebenen Weise behandelt werden. Insbesondere können eine Vielzahl von Glaskörpern 1 gleichzeitig in dem Ofen 5 aufgeheizt und anschließend gemeinsam in das Abkühlbad 3 eingetaucht und nach dem Abkühlvorgang gemeinsam aus dem Abkühlbad 3 zur Weiterbearbeitung entnommen werden.
Die Figuren 3 bis 6 zeigen schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs, bei dem in einem ersten Schritt ein Glaskörper 1 aus einem Glasmaterial in einer Herstellanlage 2 hergestellt wird. Dies kann beispielsweise durch Pressen, Blasen, Saugen oder eine Kombination dieser Techniken geschehen. Insbesondere kann die Herstellanlage 2 nach dem Blas-Blas- oder Press-Blas-Verfahren arbeiten. In einem weiteren Schritt wird der Glaskörper 1 auf herkömmliche Weise zunächst auf Raumtemperatur abgekühlt (Figur 3). In diesem Zustand kann der Glaskörper 1 vorteilhaft einfach transportiert und/oder mit anderen Glaskörpern 1 zu einer Charge für eine gemeinsame Weiterbearbeitung zusammengestellt werden.
Anschließend wird der Glaskörper 1 in einem zweistufigen Prozess erhitzt, bis der Glaskörper 1 die Primärtemperatur erreicht hat. Hierzu wird der Glaskörper 1 in einen Ofen 5 überführt der einen ersten Ofenbereich 6 mit einer ersten Ofentemperatur und einen zweiten Ofenbereich mit einer zweiten Ofentemperatur, die höher ist, als die erste Ofentemperatur.
Der Glaskörper (1 ) wird zunächst in den ersten Ofenbereich 6 überführt (Figur 4) und dort auf eine erste Temperatur erhitzt. Vorzugsweise liegt die erste Temperatur in einem Bereich von 50 Kelvin unter bis 100 Kelvin über der Transformationstemperatur des Glasmaterials, insbesondere in einem Bereich von 0 Kelvin bis 50 Kelvin über der Transformationstemperatur des Glasmaterials.
Der Glaskörper (1 ) wird danach in den zweiten Ofenbereich 7 überführt (Figur 5) und dort auf die Primärtemperatur erhitzt, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt.
Der Glaskörper 1 wird dann aus dem Ofen 5 entnommen und unverzüglich und vollständig in das Abkühlbad 3 eingetaucht (Figur 6). Das Abkühlbad 3 beinhaltet ein flüssiges Abkühlmittel 4, das eine Abkühlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin unter der Primärtemperatur liegt. Die Primärtemperatur und die Abkühlmitteltemperatur sind vorzugsweise derart gewählt, dass anfängliche Abkühlrate 100 Kelvin pro Sekunde beträgt.
Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne seit dem Eintauchen, die vorzugsweise länger als 5 Minuten, insbesondere länger als 10 Minuten, ist, wird der Glaskörper 1 aus dem Abkühlbad 3 heraus genommen und in einer Abkühlposition außerhalb des Abkühlbades 3 weiter abgekühlt und schließlich gereinigt.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mehrere Glaskörper 1 gleichzeitig in der oben beschriebenen Weise behandelt werden. Insbesondere können eine Vielzahl von Glaskörpern 1 gleichzeitig in dem Ofen 5 aufgeheizt und anschließend gemeinsam in das Abkühlbad 3 eingetaucht und nach dem Abkühlvorgang gemeinsam aus dem Abkühlbad 3 zur Weiterbearbeitung entnommen werden.
Bezuqszeichenliste:
1 Glaskörper
2 Herstellanlage 3 Abkühlbad
4 flüssiges Abkühlmittel
5 Ofen
6 Erster Ofenbereich
7 Zweiter Ofenbereich

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a. Herstellen eines Glaskörpers (1 ) aus einem Glasmaterial, und b. In-Kontakt-Bringen des Glaskörpers (1 ) mit einer Primärtemperatur, die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, mit einem flüssigen Abkühlmittel (4), das eine Abkühlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter der Primärtemperatur liegt. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Primärtemperatur und die Abkühlmitteltemperatur derart gewählt werden, dass a. die anfängliche Abkühlrate im Bereich vom 80 Kelvin bis 120 Kelvin pro Sekunde liegt, insbesondere im Bereich vom 90 Kelvin bis 1 10 Kelvin pro Sekunde liegt, oder 100 Kelvin pro Sekunde beträgt, oder dass b. die anfängliche Abkühlrate nicht geringer als 80 Kelvin pro Sekunde, insbesondere nicht geringer als 100 Kelvin pro Sekunde ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärtemperatur höchstens 30 Kelvin unter und höchstens 10 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt oder dass die Primärtemperatur dem Littleton-Punkt entspricht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1 ) aus einer Schmelze des Glasmaterials hergestellt wird und in einem ersten Abkühlprozess außerhalb des Abkühlbades (3) bis zum Erreichen der Primärtemperatur abgekühlt wird und dann unmittelbar anschließend in mit dem flüssigen Abkühlmittel (4) in Kontakt gebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erkaltete Glaskörper (1 ) vor dem In-Kontakt-Bringen auf die Primärtemperatur erhitzt wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1 ) zum Erhitzen in wenigstens einen Ofen (5) überführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (5) eine Ofentemperatur aufweist, die dem Littleton-Punkt des Glasmaterials entspricht oder die höchstens 50 Kelvin unter und höchstens 30 Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (5) eine Ofentemperatur aufweist, die in einem Bereich von 10 Kelvin bis 40 Kelvin über der Primärtemperatur liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1 ) ein Hohlkörper mit einer Wandung ist, die eine Wanddicke aufweist, und dass der Glaskörper (1 ) für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 90 Sekunden, insbesondere von 45 Sekunden bis 70 Sekunden, pro Millimeter Wanddicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 55 Sekunden pro Millimeter Wanddicke, in dem Ofen (5) verbleibt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1 ) flach ausgebildet ist und eine Dicke aufweist, und dass der Glaskörper für eine Aufheizzeit im Bereich von 35 Sekunden bis 90 Sekunden, insbesondere von 45 Sekunden bis 70 Sekunden, pro Millimeter Dicke, insbesondere für eine Aufheizzeit von 55 Sekunden pro Millimeter Dicke, in dem Ofen (5) verbleibt.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen in einem mehrstufigen, insbesondere zweistufigen, Prozess erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1 ) zunächst mit einer ersten Aufheizrate auf eine erste Temperatur aufgeheizt wird und anschließend mit einer zweiten Aufheizrate, die über der ersten Aufheizrate liegt, auf die Primärtemperatur aufgeheizt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1 ) zuerst bei einer ersten Ofentemperatur und danach bei einer zweiten Ofentemperatur, die höher ist als die erste Ofentemperatur, erhitzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1 ) für eine Aufheizzeit im Bereich von 60 Sekunden bis 120 Sekunden, insbesondere von 80 Sekunden bis 100 Sekunden, oder für eine Aufheizzeit von 90 Sekunden der zweiten Ofentemperatur ausgesetzt wird. 18 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das In- Kontakt-Bringen durch ein Eintauchen des Glasgegenstandes in ein Abkühlbad, das das Abkühlmittel beinhaltet, erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das In- Kontakt-Bringen durch Besprühen oder durch Berieseln mit dem Abkühlmittel erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlmittel (4) ein Öl und/oder ein Metall und/oder eine Salzschmelze beinhaltet oder dass das Abkühlmittel ein Öl oder ein Metall oder eine Salzschmelze ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas oder ein Alumosilikatglas ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Siliziumdioxidanteil von mehr als 58 % (Massenprozent) und von weniger als 85 % (Massenprozent), insbesondere von mehr als 70 % (Massenprozent) und von weniger als 74 % (Massenprozent) aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Alkalioxidanteil, insbesondere Natriumoxidanteil und/oder Lithiumoxidanteil, im Bereich von 5 % (Massenprozent) bis 20 % (Massenprozent), insbesondere im Bereich von 10 % (Massenprozent) bis 14,5% (Massenprozent) oder im Bereich von 12 % (Massenprozent) bis 13,5 % (Massenprozent) aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Kaliumoxidanteil von höchstens 7 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 3 % (Massenprozent) oder von höchstens 1 % (Massenprozent), aufweist oder dass das Glasmaterial einen Kaliumoxidanteil im Bereich von 0,5% (Massenprozent) bis 0,9 % (Massenprozent) aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Bortrioxidanteil von weniger als 15 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 5 % (Massenprozent), aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Abkühlmittel fortlaufend oder in, insbesondere konstanten, zeitlichen Abständen mit einem, insbesondere festen, Regenerationsmaterial in Kontakt gebracht wird. Glasgegenstand hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 23. 19 Glasgegenstand nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasgegenstand als ein Hohlkörper, insbesondere ein Trinkglas, eine Vase, ein Becher, eine Schüssel oder eine Flasche, ausgebildet ist. Glasgegenstand nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasgegenstand als Geschirrgegenstand, insbesondere als Teller, ausgebildet ist. Glasgegenstand nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasgegenstand als Flachglas ausgebildet ist.
PCT/EP2021/074279 2020-09-03 2021-09-02 Glasgegenstand und verfahren zum herstellen eines glasgegenstandes Ceased WO2022049201A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21770231.5A EP4208424A1 (de) 2020-09-03 2021-09-02 Glasgegenstand und verfahren zum herstellen eines glasgegenstandes
CN202180065544.4A CN116419912A (zh) 2020-09-03 2021-09-02 玻璃件和用于制造玻璃件的方法
US18/024,345 US20230295032A1 (en) 2020-09-03 2021-09-02 Glass article and method for producing a glass article

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LU102041A LU102041B1 (de) 2020-09-03 2020-09-03 Glasgegenstand und Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes
LULU102041 2020-09-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2022049201A1 true WO2022049201A1 (de) 2022-03-10
WO2022049201A8 WO2022049201A8 (de) 2022-06-23

Family

ID=73040195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/074279 Ceased WO2022049201A1 (de) 2020-09-03 2021-09-02 Glasgegenstand und verfahren zum herstellen eines glasgegenstandes

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230295032A1 (de)
EP (1) EP4208424A1 (de)
CN (1) CN116419912A (de)
LU (1) LU102041B1 (de)
TW (1) TW202222716A (de)
WO (1) WO2022049201A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3706544A (en) * 1971-07-19 1972-12-19 Ppg Industries Inc Method of liquid quenching of glass sheets
US3802860A (en) * 1972-08-14 1974-04-09 Ppg Industries Inc Method of liquid quenching of glass
DD157966A3 (de) 1977-08-08 1982-12-22 Siegfried Schelinski Verfahren und vorrichtungen zur verfestigung von glaserzeugnissen durch ionenaustauch
DE19510202C2 (de) 1995-03-21 1997-12-11 Heiko Prof Dr Hessenkemper Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit von Hohlglaskörpern
WO2003014034A1 (de) * 2001-08-09 2003-02-20 Isg - Interver Special Glass Ltd. Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer vorgespannten glasplatte
DE112014003344T5 (de) 2013-07-19 2016-03-31 Asahi Glass Company, Limited Chemisch Gehärtetes Glas

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2347116A (en) * 1937-06-24 1944-04-18 Corning Glass Works Method of tempering glass articles
US3890128A (en) * 1968-02-27 1975-06-17 Pilkington Brothers Ltd Method of toughening glass
US3701266A (en) * 1970-06-08 1972-10-31 Ppg Industries Inc Method of tempering glass in a liquid
US3830540A (en) * 1971-01-21 1974-08-20 Ppg Industries Inc Treating glass sheets
US3973942A (en) * 1972-10-20 1976-08-10 Pilkington Brothers Limited Method of moulding and tempering glass articles
US3794476A (en) * 1972-12-26 1974-02-26 Ppg Industries Inc Method for thermally tempering glass sheet by liquid quenching
US3955955A (en) * 1973-07-11 1976-05-11 Triplex Safety Glass Company Limited Glass toughening methods
GB1442320A (en) * 1973-07-20 1976-07-14 Pilkington Brothers Ltd Apparatus and method for toughening glass
DE3001944C2 (de) * 1980-01-21 1982-04-29 Schott Glaswerke, 6500 Mainz Verfahren zum thermischen Vorspannen von Glas
EP2371778A1 (de) * 2010-03-30 2011-10-05 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von gehärtetem Flachglas mit Entspiegelungseigenschaften
JP6373852B2 (ja) * 2013-09-09 2018-08-15 日本板硝子株式会社 ガラス組成物及び強化ガラス板
KR102544090B1 (ko) * 2015-07-30 2023-06-15 코닝 인코포레이티드 열적으로 강화된 소비자 전자제품 유리 및 이에 대한 시스템 및 방법
CN106630567A (zh) * 2016-12-15 2017-05-10 郑州航空工业管理学院 一种高平整度钢化玻璃的加工工艺
CN107954593B (zh) * 2017-12-07 2023-08-25 中国南玻集团股份有限公司 加热结构、Low-E玻璃的加热方法及三银玻璃弯钢化加工方法
CN109678329A (zh) * 2018-11-27 2019-04-26 安徽友谊钢化玻璃有限公司 一种钢化玻璃制备工艺

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3706544A (en) * 1971-07-19 1972-12-19 Ppg Industries Inc Method of liquid quenching of glass sheets
US3802860A (en) * 1972-08-14 1974-04-09 Ppg Industries Inc Method of liquid quenching of glass
DD157966A3 (de) 1977-08-08 1982-12-22 Siegfried Schelinski Verfahren und vorrichtungen zur verfestigung von glaserzeugnissen durch ionenaustauch
DE19510202C2 (de) 1995-03-21 1997-12-11 Heiko Prof Dr Hessenkemper Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit von Hohlglaskörpern
WO2003014034A1 (de) * 2001-08-09 2003-02-20 Isg - Interver Special Glass Ltd. Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer vorgespannten glasplatte
DE112014003344T5 (de) 2013-07-19 2016-03-31 Asahi Glass Company, Limited Chemisch Gehärtetes Glas

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KARLSSON S ET AL: "The technology of chemical glass strengthening - a review", GLASS TECHNOLOGY: EUROPEAN JOURNAL OF GLASS SCIENCE AND TECHNOLOGY PART A,, vol. 51, no. 2, 1 April 2010 (2010-04-01), pages 41 - 54, XP001553385, ISSN: 1753-3546 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20230295032A1 (en) 2023-09-21
TW202222716A (zh) 2022-06-16
LU102041B1 (de) 2022-03-03
EP4208424A1 (de) 2023-07-12
WO2022049201A8 (de) 2022-06-23
CN116419912A (zh) 2023-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004022629B4 (de) Gefloatetes Lithium-Aluminosilikat-Flachglas mit hoher Temperaturbeständigkeit, das chemisch und thermisch vorspannbar ist und dessen Verwendung
DE2034393C3 (de) Anwendung des Verfahrens zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit eines Glases durch Austausch von Natriumionen gegen Kaliumionen auf ein Glas, das verkürzte Austauschzeiten ermöglicht
DE2008724C3 (de) Glas des Systems SiO2 - Al2 O3 - CaO - B2 O3 -Alkalioxid - F2, Verfahren zur Herstellung eines spontan trübbaren Opalglases mit einer unmischbaren trübenden Phase und dessen Verwendung
DE102010031114B4 (de) Glas mit hervorragender Resistenz gegen Oberflächenbeschädigungen und Verwendung von Erdalkaliphosphaten zur Erhöhung der Oberflächenresistenz von Glas
DE1596947B2 (de) Verfahren zur herstellung eines gegenstandes aus alkalihaltigem glas mit durch alkalimetallionenaustausch bewirkter erhoehter mechanischer festigkeit
DE2337702B2 (de) Flachglas des systems sio tief 2 -na tief 2 o-cao-mgo-al tief 2 o tief 3 -fe tief 2 o tief 3 -so tief 3 -(k tief 2 o) mit verbesserten eigenschaften zur thermischen und chemischen haertung, sowie verfahren zu seiner herstellung
DE1421845B2 (de) Verfestigter glasgegenstand mit einer das glasinnere umgebenden oberflaechen-druckspannungsschicht und verfahren zu seiner herstellung
DE2247991A1 (de) Verfahren zum faerben oder zum veraendern der faerbung von glaskoerpern
EP4208424A1 (de) Glasgegenstand und verfahren zum herstellen eines glasgegenstandes
DE1496089B2 (de) Verfahren zur Herstellung von Glasgegenständen mit phototropen Eigenschaften
WO2022049207A1 (de) Regenerationsmaterial zum regenerieren einer für einen glashärtungs- und/oder glasverfestigungsprozess eingesetzten salzschmelze
DE1771233C3 (de) Verfahren zum Verfestigen einer Schicht aus einem glasartigen oder vitrokristallinen Material
DE1771238A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Formung eines mindestens teilweise verglasten Materials sowie des dabei erhaltenen Produktes
LU102045B1 (de) Flachglasscheibe
LU102046B1 (de) Verfahren und Anlage zum Erhöhen der Bruchfestigkeit und/oder der Härte von Glasgegenständen
DE2257280A1 (de) Verfahren zum emaillieren metallischer gegenstaende
LU102043B1 (de) Verfahren zum Erhöhen der Festigkeit und/oder der Härte eines Glasgegenstandes
LU102044B1 (de) Glasbehälter
DE1644983C2 (de) Schmiermittel zur Wärmebearbeitung von Metallen und Legierungen
AT202724B (de) Verfahren zur Herstellung von Glasgegenständen mit hoher mechanischer Festigkeit
DE1267804B (de) Verfahren zur Behandlung von Glas zur Erhoehung seiner Zaehigkeit und Festigkeit durch Ionenaustausch
DE1496074C (de) Durchsichtiger Glasgegenstand mit einer teilweise kristallinen, eine mechanische Festigkeit von wenigstens 2800 kg/cm hoch 2 aufweisenden Oberflächenschicht und Verfahren zu dessen Herstellung
DE1496470B2 (de) Durch ionenaustausch verfestigter alkalisilikat glasgegen stand mit einem kern und einer unter druckspannungen stehen den umhuellenden oberflaechenschicht und verfahren zu seiner herstellung
DE202025103372U1 (de) Glas- oder Glaskeramikgegenstand sowie Anlage zu dessen Herstellung
DE2560268C2 (de) Verwendung eines Glaskeramikkörpers als Dotierstoffquelle für die Dampfphasen-Dotierung mit B↓2↓0↓3↓

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21770231

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021770231

Country of ref document: EP

Effective date: 20230403