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Dokumentenidentifikation DE10104728B4 16.11.2006
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Flachglasproduktes
Anmelder Advanced Photonics Technologies AG, 83052 Bruckmühl, DE
Erfinder Bär, Kai K.O., Dr.-Ing., 83052 Bruckmühl, DE;
Gaus, Rainer, Dr.-Ing., 83052 Bruckmühl, DE
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Anmeldedatum 02.02.2001
DE-Aktenzeichen 10104728
Offenlegungstag 22.08.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.2006
IPC-Hauptklasse C03B 23/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C03B 23/043(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C03C 23/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Flachglasproduktes.

Mit der zunehmenden Verbreitung moderner Displaytechnologien und dem aufgrund der dynamischen Entwicklung der Endgerätetechnik in den Bereichen des Mobilfunks und der Datennetze (speziell des Internet) schnell ansteigenden Bedarf hat sich ein expandierender und differenzierter Markt für Displaygläser herausgebildet. Die wesentlichen neuzeitlichen Displaytechnologien, insbesondere LCD- und Plasmadisplays, nutzen Flachgläser als wesentliche Konstruktionselemente der Anzeigen. An diese Flachgläser werden – gegenüber den üblichen Tafelgläsern für Fenster oder Fassaden o.ä. – sehr spezielle und vielfach nur schwer miteinander vereinbare Anforderungen gestellt. Insbesondere sind diese Gläser, speziell für Anzeigen mit kleinerem Format, relativ dünn und müssen dennoch eine hohe mechanische Stabilität aufweisen.

Aus den Hauptanwendungsbereichen wird an die Hersteller von Displaygläsern zunehmend intensiv der Wunsch nach Bereitstellung von ein- oder zweidimensional gekrümmten oder gar in einer komplexen Raumform gefertigten Displaygläsern herangetragen. Neuartige Designlösungen für Mobilfunk- oder Datenendgeräte oder kombinierte Geräte dieser Art, die dem Nutzer einen größtmöglichen Bedienungskomfort bieten sollen, basieren zunehmend auf gekrümmten Displays. Im übrigen sind gekrümmte Flachgläser auch für spezielle Lösungen im Bereich des Automobilbaus, des Bauwesens, der Gebäudeausstattung o.ä. gefragt.

Die Herstellung derartiger Flachglasprodukte ist derzeit noch ein komplizierter, kostenaufwendiger und störanfälliger Prozeß, so daß die Kosten entsprechend hoch sind. Damit sind diese aber für den Einsatz in Bereichen mit sehr hohem Kostendruck – beispielsweise für die Herstellung von Mobilfunk- oder Datenendgeräten – nicht oder nur bedingt einsetzbar.

Aus der DE 29905385 U1 bzw. DE 19938807 A1 sind Verfahren bzw. Vorrichtungen zum homogen Erwärmen und zur Formgebung von Glasteilen unter Einsatz von Infrarotstrahlung bekannt. Speziell ist auch hieraus bekannt, ebene Flachglas-Zwischenprodukte (z. B. Glasplatten) einer Bestrahlung eines Strahlers mit einer Farbtemperatur von 2400 K zu unterziehen und die Platten zu verformen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung eines relativ einfachen, hochproduktiven und kostengünstigen Verfahrens zur Herstellung derartiger Flachglasprodukte sowie einer entsprechenden Vorrichtung zugrunde.

Diese Aufgabe wird gemäß ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und gemäß ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.

Die Erfindung schließt unter anderem den wesentlichen Gedanken ein, ein vorgefertigtes Flachglas-Zwischenprodukt einer kurzzeitigen Bestrahlung mit sehr hoher Leistungsdichte mit Strahlung im Bereich des nahen Infrarot, nämlich im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 und 1,5 &mgr;m, zur schockartigen Erweichung auszusetzen. Sie schließt weiter den Gedanken ein, dem Zwischenprodukt im Strahlungsfeld die gewünschte ein- oder zweidimensionale Krümmung oder räumliche Form aufzuprägen und es dann schnell der Wirkung des Strahlungsfeldes zu entziehen.

Dementsprechend umfaßt eine Herstellungsanlage insbesondere eine Strahlungsquelle für die erwähnte Strahlung und eine der Strahlungsquelle zugeordnete Formungseinrichtung zur Aufprägung der gewünschten Krümmung oder räumlichen Form auf das Flachglas-Zwischenprodukt.

Als Strahlungsquelle wird mindestens eine Halogenlampe eingesetzt, die mit einer Strahlertemperatur oberhalb von 2900 K betrieben wird. Im Hinblick auf die bevorzugte Bandform des Ausgangsmaterials (Flachglas-Zwischenproduktes) ist der Einsatz einer oder mehrerer langgestreckt röhrenförmiger Halogenlampen von an sich bekannter Bauart mit hoher Strahlungsleistung zweckmäßig. Zur Konzentration der Strahlung auf das Flachglas-Zwischenprodukt in Form eines relativ exakt konturierten Strahlungsfeldes ist der Halogenlampe bzw. den Halogenlampen ein Reflektor bzw. eine Reflektor anordnung zugeordnet. Der Reflektorquerschnitt ist – je nach gewünschter Gestalt des Strahlungsfeldes – teilelliptisch bis teilparabolisch oder – in einer besonders zweckmäßigen Ausführung – annähernd W-förmig. Dieser Reflektor bzw. diese Reflektoranordnung ist zweckmäßiger Weise aktiv gekühlt, beispielsweise mittels einer Wasserkühlung.

Auf der der Strahlungsquelle gegenüber liegenden Seite des Flachglas-Zwischenproduktes ist bevorzugt ein Gegenreflektor zum Zurückwerfen der durch das Flachglas nicht absorbierten Strahlungsanteile und zur Erhöhung der Verfahrenseffizienz angebracht. Auch dieser Reflektor ist zweckmäßiger Weise aktiv gekühlt. In Verbindung mit einer speziellen Anordnungsgeometrie, die den Einsatz eines mit der Glasoberfläche in Kontakt zu bringenden Formwerkzeuges oder Kühlkörpers vorsieht, kann auch eine geneigte bzw. teilweise seitliche Anordnung von Gegenreflektoren sinnvoll sein.

Durch die erwähnte NIR-Strahlung, speziell im angegebenen Wellenlängenbereich, kann ein Glas mit einer für Displaygläser üblichen Zusammensetzung aufgrund seiner Absorptions- und Reflektionseigenschaften besonders schnell und gleichmäßig erwärmt werden. Insoweit für den speziellen Einsatzzweck eine Oberflächenbeschichtung des Glases erforderlich ist, kann es zweckmäßig sein, diese erst nach dem Verformungsschritt im NIR-Strahlungsfeld aufzubringen, falls sie NIR-Strahlung stark reflektiert. Ist hingegen für spezielle Einsatzzwecke eine Beschichtung mit die NIR-Strahlungsabsorption verbessernden Eigenschaften vorgesehen, so kann auch ein Flachglas-Zwischenprodukt vorteilhaft verarbeitet werden, welches diese Beschichtung bereits trägt.

Die erwähnte schnelle Beendigung der Wirkung des Strahlungsfeldes nach dem Formungsvorgang kann zum einen durch schnellen Transport des Produktes aus dem Strahlungsfeld und zum anderen durch Abschaltung des letzteren realisiert werden.

In Abhängigkeit von den konkreten Abmessungen und der Formgestaltung des Endproduktes sowie den physikalischen Eigenschaften des Glases wird ein geeignetes Abkühlregime eingestellt, welches ein „Einfrieren" der im Erweichungszustand im Strahlungsfeld erzeugten räumlichen Form umfassen kann, aber zugleich für hinreichende Spannungsfreiheit zur Gewährleistung anwendungsgerechter mechanischer Eigenschaften sorgen muß. In einer speziellen Verfahrensführung wird das Flachglasprodukt nach Beendigung der Wirkung des Strahlungsfeldes in geeigneter Weise gekühlt. Dies kann durch Beaufschlagung mit einem Kühlfluid, in einfacher Weise einem Kühlluftstrom, oder durch In-Kontakt-Bringen mit einem Kühlkörper mit hoher Wärmekapazität geschehen.

Die Erzeugung einer eindimensionalen Krümmung kann in einer speziellen Verfahrenswirkung durch Einwirkung einer diskontinuierlichen Beschleunigung, insbesondere Winkelbeschleunigung, auf das Flachglas-Zwischenprodukt oder einen Abschnitt desselben innerhalb des Strahlungsfeldes bewirkt werden. Bei dieser Verfahrensgestaltung ist eine auf das Flachglas-Zwischenprodukt einwirkende Antriebseinrichtung zur Erzeugung dieser Beschleunigung vorzusehen. Es kann sich bei der hier in Betracht zu ziehenden Bewegung insbesondere um eine Schleuderbewegung mit Beschleunigungskomponenten in einer in Längsrichtung senkrecht auf dem Flachglas-Zwischenprodukt stehenden Ebene handeln.

In einer anderen Verfahrensführung wird eine ein- oder zweidimensionale Krümmung oder räumliche Form dem Flachglas-Zwischenprodukt durch den Kontakt mit einem korrespondierend gekrümmten Formwerkzeug verliehen. Hierbei wird also das Formwerkzeug innerhalb des Strahlungsfeldes der NIR-Bestrahlungseinrichtung gegen das erweichte Zwischenprodukt gepreßt. Auch hierzu ist vorrichtungsseitig eine entsprechende Antriebseinrichtung für das Formwerkzeug und/oder für das Zwischenprodukt vorzusehen. Diese Antriebseinrichtung kann im übrigen zugleich für den Transport des geformten Flachglasproduktes zusammen mit dem Formwerkzeug aus dem Strahlungsfeld genutzt werden, sofern für die Beendigung der Einwirkung das Strahlungsfeld nicht einfach abgeschaltet wird.

In einer sinnreichen Kombination verschiedener Vorrichtungskomponenten ist das Formwerkzeug zugleich als Kühlkörper ausgeführt und hat dementsprechend eine hohe Wärmekapazität und/oder eine interne Kühleinrichtung (beispielsweise eine Wasserkühlung).

Im übrigen kann zur Kühlung des dem Strahlungsfeld entzogenen Flachglasproduktes eine Kühlfluid-Erzeugungseinrichtung (in besonders einfacher Weise ein Kühlluftgebläse) vorgesehen sein, welches einen im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Flachglasproduktes gerichteten Kühlfluidstrom zur gesteuerten Abkühlung des Produktes erzeugt. Eine gesteuerte Abkühlung ist aber auch durch wohldosiertes In-Kontakt-Bringen eines massiven Kühlkörpers – unabhängig vom oben erwähnten Formwerkzeug – mit der Oberfläche des soeben der Einwirkung des Strahlungsfeldes entzogenen Produktes realisierbar.

Eine vorteilhafte Verfahrensführung ist aus derzeitiger Sicht auch dann möglich, wenn ein noch nicht vollständig abgekühltes Flachglas-Zwischenprodukt nach Verlassen eines Primärformwerkzeuges (beispielsweise einer Schlitzdüse einer Glaswanne) dem NIR-Strahlungsfeld ausgesetzt wird. In diesem Zusammenhang kann die Aufprägung der gewünschten Form zugleich mit einem Streckvorgang zur Verringerung der Glasdicke erfolgt.

Der Erwärmungs- und Formungsprozeß wird bevorzugt anhand der Messsignale mindestens eines (bevorzugt berührungslos arbeitenden) Messfühlers gesteuert, der eine für den Prozeß wesentliche Größe des Flachglas-Zwischenproduktes erfaßt. Da eine solche wesentliche Größe die Temperatur ist, ist bevorzugt der Einsatz eines Pyrometerelementes vorzusehen.

Die Messergebnisse können zu einer „manuellen" Prozeßsteuerung dem Bedienpersonal angezeigt und durch dieses genutzt werden, es ist aber auch eine automatische Verfahrensführung in geregelter Weise möglich. Hierzu ist vorrichtungsseitig eine – an sich bekannte – Regeleinrichtung vorzusehen, die eingangsseitig mit dem Messfühler oder den Messfühlern verbunden ist.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Flachglasproduktes,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein ebenes Flachglas-Zwischenprodukt zur Formgebung einer kurzzeitigen Bestrahlung von weniger als 10 s mit elektromagnetischer Strahlung einer mit einer Strahlertemperatur von über 2900 K betriebenen Halogenlampe, die ihren wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, nämlich im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 und 1,5 &mgr;m, hat, mit hoher Leistungsdichte oberhalb von 200 kW/m2 in einem abgegrenzten Strahlungsfeld unterzogen,

ihm im Strahlungsfeld eine räumliche Form aufgeprägt und das Flachglasprodukt danach schnell der Wirkung des Strahlungsfeldes entzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachglasprodukt nach der Aufprägung der räumlichen Form schnell aus dem Strahlungsfeld transportiert wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsfeld nach der Aufprägung der räumlichen Form abgeschaltet wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachglasprodukt mindestens nach Beendigung der Wirkung des Strahlungsfeldes durch Beaufschlagung mit einem Kühlfluid, insbesondere einem Kühlgasstrom, oder In-Kontakt-Bringen mit einem Kühlkörper gekühlt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Flachglas-Zwischenprodukt eine eindimensionale Krümmung durch Einwirkung einer diskontinuierlichen Beschleunigung, insbesondere Winkelbeschleunigung, innerhalb des Strahlungsfeldes verliehen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Flachglas-Zwischenprodukt eine räumliche Form durch Kontakt mit einem korrespondierend ausgebildeten Formwerkzeug im Strahlungsfeld verliehen wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachglasprodukt im Kontakt mit dem Formwerkzeug der Wirkung des Strahlungsfeldes entzogen wird. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug mit hoher Wärmekapazität und/oder aktiver Kühlung eingesetzt wird, welches das Flachglasprodukt nach Beendigung der Wirkung des Strahlungsfeldes schnell abkühlt. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Flachglasproduktes nach Beendigung der Einwirkung des Strahlungsfeldes mit einem entlang der Oberfläche geführten Kühlgasstrom beaufschlagt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsfeld rechteckig ausgebildet ist, wobei seine Breite mindestens der Breite des Flachglas-Zwischenproduktes entspricht, und abtastend über das Flachglas-Zwischenprodukt geführt oder das Flachglas-Zwischenprodukt durch das Strahlungsfeld hindurchgefördert wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachglas-Zwischenprodukt der Wirkung des Strahlungsfeldes für weniger als 5 s und spezieller 3 s oder weniger ausgesetzt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Flachglas-Zwischenprodukt ein noch nicht vollständig abgekühltes Flachglasband unmittelbar nach Verlassen eines Primärformwerkzeuges, insbesondere einer Schlitzdüse, in das Strahlungsfeld transportiert wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder während der Bestrahlung mindestens eine physikalische Größe des Flachglas-Zwischenproduktes, insbesondere dessen Temperatur, gemessen und das Messergebnis zur Steuerung der Bestrahlung ausgewertet und genutzt wird. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Steuerung der Bestrahlung in einem geschlossenen Regelkreis aufgrund eines Temperaturmesssignals. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

eine über einer Oberfläche eines Flachglas-Zwischenproduktes angeordnete und auf diese ausgerichtete Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung die eine oder mehrere mit einer Strahlertemperatur oberhalb von 2900 K betriebene Halogenlampe(n) aufweist, deren wesentlicher Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, nämlich im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 &mgr;m und 1,5 &mgr;m, liegt und die zur Erzeugung einer Leistungsdichte der Strahlung auf der Oberfläche des Flachglas-Zwischenproduktes oberhalb von 200 kW/m2 ausgebildet ist,

eine Formungseinrichtung zur Aufprägung einer räumlichen Form auf das Flachglas-Zwischenprodukt innerhalb des Strahlungsfeldes, und

Mittel, um das Flachglasprodukt nach der Aufprägung der räumlichen Form schnell der Wirkung des Strahlungsfeldes zu entziehen.
Vorrichtung nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Strahlungsquelle einen im wesentlichen den Querschnitt eines Ellipsen- oder Parabelabschnittes oder W aufweisenden Reflektor zur Erzeugung eines rechteckigen Strahlungsfeldes hat und

eine Antriebseinrichtung zur abtastenden Bewegung der Strahlungsquelle über das Flachglas-Zwischenprodukt oder eine Fördereinrichtung zum Hindurchfördern des Flachglas-Zwischenproduktes durch das Strahlungsfeld vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine aktive Kühleinrichtung, insbesondere Kühlfluid-Erzeugungseinrichtung, zur Kühlung des Flachglasproduktes nach Ausschalten oder Verlassen des Strahlungsfeldes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet durch einen Kühlkörper mit großer Wärmekapazität und/oder aktiver innerer Kühlung, sowie eine Antriebseinrichtung zum In-Kontakt-Bringen des Kühlkörpers mit dem Flachglasprodukt nach Ausschalten oder Verlassen des Strahlungsfeldes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch eine Bestrahlungssteuereinrichtung zum Abschalten der Strahlungsquelle nach Ablauf einer vorbestimmten Einwirkungszeit des Strahlungsfeldes auf das Flachglas-Zwischenprodukt oder einen Bereich desselben und/oder zur Steuerung der Strahlungsleistung in Abhängigkeit vom Ergebnis der Messung einer physikalischen Größe auf dem Flachglas-Zwischenprodukt. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen berührungslos arbeitenden Meßfühler, insbesondere ein Pyrometerelement, zur Erfassung der physikalischen Größe, insbesondere Temperatur, des Flachglas-Zwischenproduktes in Förderrichtung vor oder in dem Strahlungsfeld. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, gekennzeichnet durch eine auf das Flachglas-Zwischenprodukt einwirkende Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer diskontinuierlichen Beschleunigung, insbesondere Winkelbeschleunigung, des Flachglas-Zwischenproduktes oder eines Abschnittes desselben innerhalb des Strahlungsfeldes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung zum In-Kontakt-Bringen eines Formwerkzeuges mit dem Flachglas-Zwischenprodukt innerhalb des Strahlungsfeldes. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung für das Formwerkzeug zugleich als Fördereinrichtung zum Transport des geformten Flachglasproduktes aus dem Strahlungsfeld ausgebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug zugleich als Kühlkörper mit hoher Wärmekapazität und/oder aktiver innerer Kühlung ausgebildet ist.






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