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Verfahren zur Wärmebehandlung von Glasgegenständen Die Erfindung bezieht
sich auf die Wärmebehandlung von Glasgegenständen. Sie schafft ein Verfahren, welches
es ermöglicht, einen oder mehrere Bereiche eines Glasgegenstandes anderen thermischen
Bedingungen auszusetzen als andere Bereiche desselben und diese differentielle Beeinflussung
in einfacher Weise zu regeln.
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Das neue Verfahren besteht darin, daß die betreffenden Bereiche der
Glasoberfläche mit einem Stoff, der sich in Kontakt mit dieser Fläche befindet und
befähigt ist, die Wärmeaustauschbedingungen zwischen dem Glasgegenstand und der
umgebenden Atmosphäre zu beeinflussen, überzogen werden, worauf die Wärmebehandlung
des mit diesem Überzug versehenen Gegenstandes folgt und schließlich die Überzugsmasse
von diesem wieder entfernt wird.
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Der Überzug kann aus einem Farbanstrich, ferner auch einer Folie,
einem Film od. dgl. bestehen, die bzw. der durch ein beliebiges geeignetes Mittel,
insbesondere durch Aufkleben, zum Anhaften an das Glas gebracht wird.
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Der bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Überzug hemmt
nicht nur, entsprechend. seinem Undurchsichtigkeitsgrad, die Wärmestrahlung im Zuge
der thermischen Behandlung in mehr oder weniger hohem Grade, sondern er tritt, da
er sich in Kontakt mit dem Glas befindet, gewissermaßen an dessen Stelle. soweit
es sich um den Wärmeaustausch zwi-#.chen dem mit dem Überzug versehenen Teil und
der Außenatmosphäre handelt.
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Durch Auswahl eines Überzugsstoffes mit von der des Glases abweichender
Absorptions- oder Ausstrahlfähigkeit kann unter diesen Bedingungen der Wärmeübergang
durch Strahlung nach oder von dem der Wärmebehandlung unterworfenen Gegenstand geändert
bzw. beeinflußt "%A@erden. Gleichzeitig kann auch die Wärmeübertragung auf die Glasoberfläche
durch Konvektion oder Leitung durch geeignete Wahl des Überzugsstoffes, insbesondere
dessen Korngrößenverteilung, Farbe, Wärmeleitfähigkeit usw., planmäßig beeinflußt
werden.
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lin Rahmen der Erfindung kani= der zu behandelnde Glasgegenstand auch
mit mehreren je Teile davon abdeckenden Überzügen von gleicher Beschaffenheit, ebenso
wie auch finit mehreren Überzügen von je nach den angestrebten Ergebnissen voneinander
verschiedener Eigenschaft versehen werden.
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Die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist besonders einfach,
wenn die durchzuführende differentielle thermische Behandlung eine Härtungsbehandlung
ist, die sich bekanntlich in zwei aufeinanderfolgenden Phasen von sehr unterschiedlichem
Charakter, nämlich einer Erhitzung bis in die Zähe des Erweichungspunktes und einer
schroffen Abkühlung, die sehr schnell aufeinanderfolgen müssen, vollzieht.
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Die Vorrichtungen und ?Maßnahmen, die für die Anwendung des Verfahrens
gemäß der Erfindung zum Zwecke einer unterschiedlichen Härtung erforderlich sind,
sind mehr als einfach. Es genügt, zu Beginn, d. h. vor der Erhitzungsphase, die
einer unterschiedlichen Einwirkung zu unterziehenden Teile mit dem Überzug zu versehen,
der dann während der gesamten Wärmebehandlung an seiner Stelle verbleibt und erst
nach Beendigung der schroffen Abkühlphase entfernt wird.
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Ferner kann bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Wärmeübertragung
auf die Oberfläche der mit dem Überzug versehenen Teile durch Strahlung, Konvektion
und Leitung mit jeder gewünschten Genauigkeit vom Gesichtspunkt des zu erreichenden
thermischen Ergebnisses in jeder der beiden Phasen der Härtung geregelt werden.
Dies wird durch Wahl eines geeigneten Überzugsstoffes unter Berücksichtigung seiner
reflektierenden Eigenschaften, seiner mehr oder weniger großen Durchsichtigkeit,
Korngrößenverteilung, seiner Leitfähigkeit usw. ermöglicht, d. h. ausschließlich
durch Ausnutzung von Faktoren, die, wie oben erläutert wurde, bei den verschiedenen
Arten der Wärmeübertragung je in besonderer Weise wirken.
Bei den
in diesem Zusammenhange durchgeführten Untersuchungen wurde gefunden, daß es vorteilhaft
sein kann, bei der differentiellen Härtung von Glasgegenständen einen Überzugsstoff
zu verwenden, der gleichzeitig wärmeleitfähig und reflektierend ist.
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Der unter diesen Gesichtspunkten gewählte Stoff bewirkt also den Übergang
der Wärme, und zwar des Bruchteils der Wärme, der ihm durch Strahlung zugeführt
wird oder den er ausstrahlt, durch Leitung, wobei dieser Bruchteil durch Wahl eines
überzugsstoffes von entsprechenden reflektierenden Eigenschaften sehr genau eingestellt
werden kann.
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Ferner ist es möglich, auf dem Versuchswege die Beziehungen zwischen
dem Reflexionsvermögen eines Überzugsstoffes und den Spannungen, die in dem damit
überzogenen Teil des Glasgegenstandes durch eine bestimmte Wärmebehandlung erzeugt
werden, zu ermitteln.
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Zu diesem Zwecke kann mittels eines Zellenfotometers das Reflexionsvermögen
des Überzugsstoffes, z. B. im Infrarotbereich, bestimmt und spannungsoptisch mit
üblichen Doppelbrechungsapparaten der endgültig in dem überzogenen Teil des Glasgegenstandes
nach dessen Erhitzung in einem Ofen, z. B. auf 700° C, und schroffe Abkühlung durch
Aufblasen von Luft beim Verlassen des Ofens vorhandene Spannungszustand gemessen
werden.
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Die Kurve gemäß der graphischen Darstellung gibt die Änderung der
Spannung, die sich durch eine solche Wärmebehandlung in dem mit einem Überzug versehenen
Bereich des behandelten Glasgegenstandes ergeben, als Funktion des Reflexionsvermögens
des Überzugsstoffes wieder. Das Reflexionsvermögen in Prozenten ist als Abszissen
und die Spannung in kg/cm2 als Ordinaten aufgetragen. Die Pfeile f1 und f2 zeigen
die Richtung der Zug- und Druckspannungen an. Die Aufstellung einer solchen Kurve
ermöglicht es, für den Überzug den Stoff, der einen bestimmten Spannungszustand,
insbesondere einen solchen, der nicht die Grenzwerte der Festigkeit des Glases übersteigt,
ergibt, zu wählen.
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Ein Überzugsstoff mit dem dem gewünschten Spannungszustand entsprechenden
Reflexionsvermögen kann hergestellt werden, indem reflektierende Stoffe in geeigneten
anteiligen Mengen mit absorbierenden Stoffen gemischt werden.
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So kann beispielsweise Aluminiumfarbe in verschiedenen anteiligen
Mengen mit Ofenruß gemischt werden. Durch den Zusatz einiger Prozente von Ofenruß
wird das Reflexionsvermögen von Aluminiumfarbe unter einen Einfallwinkel von 45°
auf die Hälfte herabgesetzt. Ein Zusatz von 12% Ofenruß bewirkt eine Verringerung
des Reflexionsvermögens auf etwa ein Drittel.
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Ein weiteres Mittel. welches es ermöglicht, die strahlende oder reflektierende
Wirkung eines überzugsstoffes ebenso wie die anderen Eigenschaften des Überzuges
auf einen geeigneten Wert einzuregeln, besteht darin, daß der Stoff auf das Glas
so aufgebracht wird, daß in der überzogenen Zone sich ein unterbrochener Überzug
ergibt, wobei gewisse Teile der Glasoberfläche in Form von Linien oder Punkten vom
Überzug frei bleiben oder hier der Überzug eine geringere Schichtdicke besitzt.
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Eine Möglichkeit zur Herstellung solcher unterbrochener Überzüge besteht
z. B. darin, daß zunächst ein an sich ununterbrochener Überzug aufgebracht wird
und in der überzogenen Fläche darauffolgend mittels eines Werkzeuges, das es ermöglicht,
das Glas an den Stellen seiner Einwirkung bloßzulegen, z. B. bis zur Glasfläche
durchgehende Linien oder dergleichen Aussparungen hergestellt werden.
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Eine weitere Möglichkeit, die z. B. beim Aufbringen des Überzuges
mittels einer Sprühpistole gegeben ist, besteht darin, daß das Aufsprühen erfolgt,
nachdem die zu behandelnde Zone durch eine Schablone in Form eines Gitters, eines
perforierten Bleches od. dgl. abgedeckt worden ist. In diesem Falle ergibt sich
ein entsprechend schablonisierter Überzug.
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Wenn in dieser Weise ein unterbrochener Überzug hergestellt worden
ist, so können dessen ausstrahlende oder reflektierende Wirkungen in der oben beschriebenen
Weise mittels des Fotometers gemessen werden, vorausgesetzt, daß die Fläche, die
durch den Apparat beobachtet wird, eine ausreichend große Zahl von abgedeckten und
nicht abgedeckten Bereichen aufweist. In diesem Falle ergibt diese Messung automatisch
einen Mittelwert zwischen dem Reflexionsvermögen des Glases selbst und dem des Überzugsstoffes
und damit einen Wert für die »Porosität« des Überzuges.
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Die unterbrochenen Überzüge spielen eine geringere Rolle als die ununterbrochenen
hinsichtlich des Wärmeaustausches, nicht nur durch Strahlung, sondern auch auf den
anderen hierfür gegebenen Wegen der Konvektion und Leitung.
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Für die Herstellung der Überzüge kann eine große Anzahl von verschiedenen
Stoffen, insbesondere in Mischung miteinander, verwendet werden, wie z. B. Ofenruß,
Talk, Kieselgur, Glimmerblättchen, pulverförmiges bzw. auch in gekörnter Form vorliegendes
Metall usw. Diese Stoffe können wie ein Farbüberzug z. B. mittels eines Pinsels
oder der Sprühpistole aufgebracht werden. Hierbei können Schablonen angewendet werden.
Die überzugsstoffe müssen jedenfalls so beschaffen sein, daß sie bei der Behandlungstemperatur
das Glas nicht angreifen und, nachdem sie ihren Zweck erfüllt haben, leicht entfernt
werden können.
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Mit dem gleichen Erfolg kann auch das Abziehbilderverfahren angewendet
werden, um die Überzüge aufzubringen.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel gegeben, ohne daß hierdurch
aber die Erfindung auf das beschriebene Anwendungsbeispiel des Verfahrens gemäß
der Erfindung für die Herstellung von differentiell gehärteten Glasscheiben beschränkt
werden soll.
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Eine ringförmige mittlere Zone von einem Innendurchmesser von 120
und einem Außendurchmesser von 185 mm einer Glasscheibe mit den Abmessungen von
40 - 40-0,6 wird mittels des Pinsels auf jeder ihrer Flächen mit einem Farbüberzug
versehen, der aus einer durch Rühren hergestellten Mischung von 5 0/0 Ofenruß mit
95% einer Aluminiumfarbe von der folgenden Zusammensetzung besteht.
| Aluminiumpulver .............. 20% |
| Cumaronharz .................. 30% |
| Whitesprit .................... 50% |
Nachdem der Farbüberzug getrocknet ist, wird die Scheibe in einen widerstandsbeheizten
Ofen der üblicherweise für die Härtung verwendeten Art, in dem eine mittlere Temperatur
von 715° C herrscht. eingebracht, in dem sie 200 Sekunden lang verbleibt. Anschließend
wird die Scheibe aus dem Ofen gezogen und der üblichen Blashärtung unterworfen.
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Dann wird die Farbe in einem Bad von lauwarmer Natronlauge oder durch
Abwaschen mit Salzsäure entfernt.
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Unter diesen Bedingungen ergibt sich ein Spannungszustand der ringförmigen
Zone, der einem Umfangsdruck
auf diese in der Größenordnung von
750 kg/cm= entspricht.
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Beim Springen eines der dieser Zone benachbarten Bereiche der Scheibe
(der iin Inneren des Ringes liegenden Insel oder der den Ring umgebenden Zone) kommt
der Sprung an der Begrenzung des Ringes zum Stillstand und setzt sich nicht in dem
folgenden Teil fort.