Verfahren zur Verminderung der Verklebungsneigung bei der Heißformgebung von Glas
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Verklebungsneigung bei der Heißformgebung eines Glaskörpers mit mindestens zwei Werkzeugen, die beidseitig des Glaskörpers angeordnet und bei einer Temperatur, bei der der Glaskörper verformbar ist, mit dem Glaskörper in Kontakt gebracht werden, wobei die Werkzeuge mit elektrisch leitfähigen Oberflächen ausgebildet sind.
Eine derartige Erfindung wird in der Druckschrift EP 0 978 492 AI beschrieben. Das bekannte Verfahren soll Heißverklebungsprobleme beseitigen, indem ein zu verformendes, isolierendes, nichtmetallisches und anorganisches Material in einem elektrischen Feld mit einer Formmatrize bei entsprechender, für den Formgebungsvorgang erforderlichen Temperatur, in Kontakt gebracht wird. Hierbei werden sowohl die Matrize als auch der zu formende Isolator während der Kontaktierung in einem polarisierten Zustand gehalten, wobei die Fläche der mit dem Material in Kontakt kommenden Matrize positiv und die Fläche des mit der Matrize in Kontakt stehenden Isolators negativ aufgeladen ist. In der Praxis der Glasherstellung hat sich jedoch gezeigt, daß durch das Anlegen einer Gleichspannung auf der Seite des ständig positiven Potentials bei höheren Temperaturen eine verstärkte Oxidation des Matrizenmaterials stattfindet. Dies führt nach einer gewissen Prozeßzeit zu einem Abplatzen an der Oxidschicht, was zum einen die Lebenszeit des Matrizenmaterials einschränkt und zum anderen Glasfehler hervorruft. An der Glasoberfläche kann es zur Bildung von O2 aus dem Glas heraus kommen, was in
Abhängigkeit von der Glasart, Einwirkzeit und Temperatur zu einer Blasenbildung führen kann.
Auf der Seite des negativen Potentials kommt es an der Glasoberfläche zu einer verstärkten Anreicherung von Alkali- und Erdalkali-Ionen, was zu einem verstärkten Kleben und einer verstärkten Abdampfung flüchtiger Komponenten aus dem Glas führt. Die Reduktion von polyvalenten Elementen an der Oberfläche kann dort zu Verfärbungen führen.
Die Druckschriften US 4 684 388 und US 4 828 596 beschreiben den Einsatz von Antihaftkomponenten wie Zink- und Zinnoxide oder Kupfersulfate. Der Erfolg dieser Zusammensetzungen hängt jedoch in hohem Maße von den Formgebungsbedingungen ab. Darüber hinaus führen mineralische Zusätze häufig zu Verfärbungen, was insbesondere bei der Glaserzeugung unerwünscht ist.
Ferner kommen auch Schmiermittel zum Einsatz, die bei den hohen Prozeßtemperaturen jedoch verdampfen und sich anschließend in der näheren Umgebung wieder niederschlagen. Dies bedingt entweder einen hohen Aufwand für eine Absaugung oder starke Verunreingungen von Produktionsstätten mit den Schmiermitteln, von denen zusätzlich eine erhöhte Feuergefahr ausgeht.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, das eingangs erwähnte Verfahren zur Minimierung der Verklebungsneigung bei der Heißverformung eines Glaskörpers so weiterzubilden, daß die Verklebungsneigung reduziert und die Oberflächenqualität des zu formenden Glaskörpers erhöht wird.
Eine weitere Teilaufgabe besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Minimierung der Verklebungsneigung.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem die mit dem Glaskörper in Kontakt kommenden leitfähigen Oberflächen der Werkzeuge mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden. Der Vorteil der Wechselspannung im Vergleich zur Gleichspannung besteht vor allem darin, daß die negativ polarisierte Wechselspannung an beiden leitenden Oberflächen eine negative Polarisierung der Glasoberfläche bewirkt. Beim Anlegen einer Wechselspannung kommt es bei einer leitenden Oberfläche während des positiven Impulses zu einer Anreicherung mit O2"-Ionen und einer Verarmung an positiv geladenen Alkali- bzw. Erdalkaliionen an der Glasoberfläche. Während des negativen Impulses kommt es zu einer Verarmung an O2 -Ionen und einer Anreicherung an positiv geladenen Alkali- bzw. Erdalkaliionen an der Glasoberfläche. Die O^-Ionen besitzen im Vergleich zu den positiv geladenen Alkali- bzw. Erdalkaliionen an der Glasoberfläche eine wesentlich höhere chemische Affinität zu der leitenden Oberfläche. Dies führt dazu, daß die Verarmung an O2'-Ionen während des negativen Impulses schwächer ausfällt als die Verarmung an positiv geladenen Alkali- bzw. Erdalkaliionen an der Glasoberfläche. Somit laden sich beide Glasoberflächen beim Anlegen einer Wechselspannung negativ auf. Diese negative Aufladung der Glasoberfläche beim Anlegen einer Wechselspannung an die leitenden Oberflächen ist zwar schwächer als an der positiv polarisierten Oberfläche beim Anlegen einer Gleichspannung, reicht jedoch aus, um die Anzahl der Produktfehler zu verringern und die Werkzeuglaufzeiten zu verlängern. Der Einsatz von Schmiermitteln kann verringert oder sogar vermieden werden und die Beschichtung der leitenden Oberflächen kann u.U. entfallen. Durch die verringerte Klebeneigung ist ein größeres Prozeßfenster möglich, d.h. eine größere Variabilität, beispielsweise der Temperatur, des Formgebungsdrucks und der Kontaktzeit. Einen weiteren Vorteil stellt die verminderte Kondensatbildung auf Werkzeugen dar, die eine erhöhte Lebenszeit der Werkzeuge zur Folge hat. Die Werkzeuge werden üblicherweise gewechselt, sobald diese so stark mit Ablagerungen aus flüchtigen Glasbestandteilen .
bedeckt sind, daß entweder signifikante Prozeßbeeinträchtigungen oder Schädigungen der Produktoberflächen auftreten.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die leitenden Oberflächen der Werkzeuge beim Formgebungsprozeß in einem Abstand von 0,6 mm bis 30 mm beabstandet. Dieses entspricht der Dicke des jeweiligen zu bearbeitenden Glaskörpers zwischen 0,6 mm und 30 mm.
Vörteilhafterweise werden aus einem Metall, einer Metallegierung, einer elektrisch leitenden Keramik oder leitenden Beschichtung gefertigte Oberflächen der Werkzeuge eingesetzt. Hierbei können die leitfähigen Oberflächen der Werkzeuge beispielsweise mit einer Chrombeschichtung ausgestattet werden. Diese unterstützt die Verringerung der Verklebungsneigung.
In einer günstigen Ausgestaltung wird die Wechselspannung mit einer Frequenz von 2000 bis 20 000 Hz erzeugt. Hierdurch werden unerwünschte Redoxreaktionen an den Oberflächen der Glaskörper besonders effektiv unterbunden. Mit zunehmender Frequenz der Wechselspannung sinkt der Stromfluß durch den Glaskörper. Bei Frequenzen größer 10.000 Hz sind keine Veränderungen mehr sichtbar, der Stromfluß ist gleich Null.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Wechselspannung als Rechteckspannung erzeugt. Günstig ist dabei insbesondere eine unsymmetrische Rechteckspannung. Diese kann im positiven Bereich eine längere maximale Phase als im negativen Bereich aufweisen.
Die Teilaufgabe zur Bereitstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, bei der die elektrisch leitfähigen Oberflächen der formgebenden Werkzeuge mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind.
Vorteilhafterweise ist mindestens ein Werkzeug mit Mitteln zur Verstellung des Abstandes jeweils zum anderen formgebenden Werkzeug ausgestattet. Die Verstellmöglichkeit erlaubt das Anpassen der Vorrichtung an unterschiedliche geforderte Dicken des Glaskörpers.
In einer besonderen Ausführungsform sind die Oberflächen der formgebenden Werkzeuge aus einem Metall, einer Metallegierung, einer elektrisch leitenden Keramik oder leitenden Beschichtung gefertigt. Eine derartige Werkzeugoberfläche ermöglicht eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Werkzeug und dem Glaskörper.
In einer günstigen Ausgestaltung weisen die leitfähigen Oberflächen der Werkzeuge eine Chrombeschichtung auf. Die Chrombeschichtung verringert die Gefahr des Verklebens von Glas auf der Oberfläche der Werkzeuge.
Alternativ zu der Beschichtung der elektrisch leitfähigen Werkzeugoberflächen mit einer Metallegierung können die Werkzeugoberflächen vorzugsweise auch mit verschiedenen abschnittsweise aufgebrachten Beschichtungen unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet sein. Hiermit kann gezielt in vorher definierte Segmente des Glaskörpers in Abhängigkeit der jeweiligen kontaktierenden Beschichtung eine bedarfsgerechte Spannung eingeprägt werden.
Vörteilhafterweise ist zur Erzeugung der Wechselspannung ein Rechteckspannungsgenerator eingesetzt. Dieser ermöglicht die Voreinstellung einer definierten Rechteckspannung, vorzugsweise mit einer Frequenz zwischen 2000 und 20000 Hz.
In einer besonderen Ausführungsform erzeugt der Rechteckspannungsgenerator eine unsymmetrische Rechteckspannung. Dadurch wird der negative Spannungsanteil weiter verringert, so daß die aus dem Stand der Technik
bekannten negativen Effekte an der jeweils mit negativer Spannung beaufschlagten Elektrode weiter verringert werden.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beispielhaft im folgenden näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines zwischen zwei Werkzeugen befindlichen, zu verformenden Glaskörper, und
Fig. 2 ein Diagramm einer unsymmetrischen Rechteckspannung.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung eines ersten Werkzeugs 2 und eines zweiten Werkzeugs 3 ober- und unterhalb eines Glaskörpers 1. Dabei weist das erste Werkzeug 2 eine erste leitfähige Oberfläche 4 und das zweite Werkzeug 3 eine zweite leitfähige Oberfläche 5 jeweils auf der dem Glaskörper 1 zugewandten Seite auf. Die leitfähigen Oberflächen 4, 5 sind zur Verringerung der Verklebungsneigung jeweils mit einer Chrombeschichtung 6 vergütet. In Fig. 1 befinden- sich an dem ersten Werkzeug 2 Mittel 10 zur Abstandsverstellung gegenüber dem zweiten, nicht verstellbaren Werkzeug 3. Mit Hilfe des Mittels 10 zur Abstandsverstellung können die Werkzeuge 2, 3 für unterschiedliche Dicken des Glaskörpers 1 angepaßt werden.
Beide Werkzeuge 2, 3 sind über Kabel 12 mit einer Wechselspannungsquelle 9 verbunden. In dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau umfaßt die Wechselspannungsquelle 9 einen Rechteckspannungsgenerator 11.
Die Fig. 2 stellt in Diagrammform den Spannungsverlauf V der unsymmetrischen Rechteckspannung 8 über der Zeit t dar. Im positiven Phasenanteil 13 wird die Spannung über den Zeitraum 14 gehalten, im negativen Phasenanteil 15 dagegen nur über den deutlich kürzeren Zeitraum
16. Aufgrund der vergleichsweise kurzen Einwirkzeit des negativen Phasenanteils 15 auf den Glaskörper 1 werden die durch die negative Spannung bekannten Effekte verringert.
Bezugszeichenliste
1 Glaskörper
2 erstes Werkzeug
3 zweites Werkzeug
4 erste leitfähige Oberfläche
5 zweite leitfähige Oberfläche
6 Chrombeschichtung
8 unsymmetrische Rechteckspannung
9 Wechselspannungsquelle 0 Mittel zur Abstandsverstellung 1 Rechteckspannungsgenerator 2 Kabel 3 positiver Phasenanteil 4 Zeit positive Spannung 5 negativer Phasenanteil 6 Zeit negative Spannung V Spannung t Zeit