DE102018212796A1

DE102018212796A1 - Verfahren zum Umformen von Glasscheiben

Info

Publication number: DE102018212796A1
Application number: DE102018212796.4A
Authority: DE
Inventors: Matthias Gremmelspacher; Tobias Rist; Peter Gumbsch; Rainer Kübler; Adrian Baab
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-02-06
Also published as: KR20210040372A; JP2021532044A; WO2020025678A1; US11939253B2; CN112512978A; US20210309557A1; PE20211262A1; EP3830045A1; CA3106424A1; CN112512978B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen einer Glasscheibe (1), bei dem die Glasscheibe (1) zunächst erhitzt und dann gebogen wird, bis sie eine Form erreicht, die einer vorgegebenen Sollkontur (k) entspricht, wobei zum Biegen der Glasscheibe (1) durch äußere Kräfte auf die Glasscheibe (1) eingewirkt wird. Eine zeitliche Änderung einer lokalen Krümmung der Glasscheibe (1) wird dabei so gesteuert, dass die Oberfläche der Glasscheibe (1) die Sollkontur an allen Stellen der Oberfläche, die nicht unbewegt bleiben, gleichzeitig erreicht, indem eine Temperatur und damit eine Viskosität der Glasscheibe (1) während des Biegens ortsabhängig nicht konstant eingestellt wird und/oder durch Halterungen (6) eingetragenen Kräfte und/oder durch eine oder mehrere Druckleisten (3) eingetragene Druckkräfte dafür passend eingestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen von Glasscheiben. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zum Herstellen von Systemen mit gebogenen Glasscheiben.
Beispielsweise in der Architektur, im Fahrzeugbau oder für industrielle Anwendungen wie solarthermische Kraftwerke werden gebogene Glasscheiben, häufig mit großen Abmessungen, benötigt, die hohen Qualitätsanforderungen genügen. Um ästhetischen oder funktionellen Ansprüchen gerecht zu werden, sind oft konturtreue Biegungen mit genau vorgegebenen Biegeverläufen und glatte, wellenfreie Oberflächen gefragt.
Dokument FR 412 231 zeigt eine Form zum Biegen von Glas, bei der eine Kontur durch Rohre vorgegeben wird. Die Glasscheibe wird erwärmt und legt sich unter ihrem Eigengewicht unter Einfluss der Gravitation in die Form.
Derartige Verfahren haben den Nachteil, dass der Verlauf des Biegeprozesses nicht genau kontrolliert werden kann und die Prozesse verhältnismäßig lang dauern. Damit die Glasscheibe sich gut in die Form legt, muss die Glasscheibe zudem - insbesondere bei komplizierteren Formen - stark erhitzt werden. Wenn sich die Glasscheibe dann nach und nach in die Form legt, entstehen aufgrund der hohen Temperatur bzw. aufgrund des unkontrollierten Absenkens ungewollte zusätzliche Verformungen und Welligkeiten durch die Rohre, auf denen die Glasscheibe zu liegen kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem ein kontrolliertes und präzises Umformen von Glasscheiben ermöglicht wird und ungewollte Verformungen vermieden werden.
Dies wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den Figuren.
Bei dem Verfahren wird eine Glasscheibe zunächst erhitzt und dann gebogen, bis sie eine Form erreicht, die einer vorgegebenen Sollkontur entspricht.
Zum Biegen der Glasscheibe wird durch äußere Kräfte auf die Glasscheibe eingewirkt, wobei die äußeren Kräfte auf eine oder mehrere Kräfte der folgenden Aufzählung beschränkt sind:

- Gewichtskräfte, die durch ein Eigengewicht der Glasscheibe verursacht werden,
- Kräfte, die durch Stützen, auf denen die Glasscheibe aufliegt, in dort aufliegende Oberflächenbereiche der Glasscheibe eingetragen werden,
- Kräfte, die durch Halterungen, in die ein Rand der Glasscheibe eingespannt ist, am Rand der Glasscheibe in die Glasscheibe eingetragen werden,
- Druckkräfte, die durch eine oder mehrere Druckleisten in eine Oberfläche der Glasscheibe eingetragen werden, wobei in jedem konkaven Teilbereich der Oberfläche höchstens eine Druckleiste verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird eine zeitliche Änderung einer lokalen Krümmung der Glasscheibe dabei so gesteuert, dass die Oberfläche der Glasscheibe die Sollkontur an allen Stellen der Oberfläche, die während des Umformens nicht unbewegt bleiben, gleichzeitig erreicht.
Die zeitliche Änderung der lokalen Krümmung kann dabei gesteuert werden, indem eine Temperatur und damit eine Viskosität der Glasscheibe während des Biegens ortsabhängig nicht konstant eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die zeitliche Änderung der lokalen Krümmung gesteuert werden, indem die durch die Halterungen eingetragenen Kräfte und/oder die durch die eine oder die mehreren Druckleisten eingetragenen Druckkräfte passend eingestellt werden.
In typischen Ausführungen wird insgesamt höchstens eine Druckleiste verwendet. Grundsätzlich können es aber auch mehrere Druckleisten sein, wenn das zum Erreichen des erforderlichen Biegemomentenverlaufs notwendig ist. Die Wirkrichtung der einzelnen Druckleisten kann gleich oder verschieden sein.
Dadurch, dass die Umformung wie beschrieben überall gleichzeitig beendet ist, kann vermieden werden, dass einzelne Bereiche der Glasscheibe früher als andere fertig umgeformt sind und sich nach abgeschlossener Umformung zusätzlich ungewollt verformen, während die verbleibenden Bereiche die Sollkontur noch nicht erreicht werden. Weiterhin kann auf diese Weise eine Gesamtdauer des Umformprozesses optimiert werden.
Die Umformung kann durch die Sollkontur umschreibende Auflagen begrenzt werden. Die Auflagen können mit der Glasscheibe während der Verformung mitgeführt werden.
Wenn die Glasscheibe sich nach dem Umformen beispielsweise auf Auflagen, die etwa als Rohre ausgebildet sein können, legt, kann durch die gleichzeitige Beendigung des Umformprozesses in allen bewegten Scheibenbereichen vermieden, dass einzelne Bereiche früher aufliegen und sich ungewollt durch den Druck der Auflagen weiter verformen.
Wie erwähnt, wird in jedem konkaven Teilbereich höchstens eine Druckleiste verwendet. Dabei sei erwähnt, dass hierunter auch solche Ausgestaltungen fallen, bei denen die Kraft an mehreren Krafteinleitungspunkten oder -flächen eingeleitet wird, wobei entsprechende Krafteinleitungsmittel beispielsweise nah beieinander angeordnet sind, etwa in einer Linie oder direkt nebeneinander und/oder entsprechende Krafteinleitungsmittel zur Krafteinleitung gemeinsam bewegt werden. Für anmeldungsgemäße Verfahren kann dabei die genaue Ausgestaltung der Druckleiste oder die Anordnung der Krafteinleitungspunkt oder -flächen von untergeordneter Relevanz sein. Ein Aspekt des vorgestellten Verfahren, der für einige Ausführungen relevant ist, ist vielmehr, dass in einem Bereich, in dem sich das Vorzeichen der Krümmung der Sollkontur nicht ändert, nicht mehrere unabhängig voneinander bewegte konkavseitige Leisten verwendet werden.
Für den zeitlichen Verlauf einer lokalen Krümmung k_i(t), der im Verfahren für alle Punkte i der Glasscheibe kontrolliert werden soll, gilt am Punkt i eine Abhängigkeit der Form: $k_{i} (t) \propto M_{i} * t/ (η_{i} (T) * I_{i}) .$
Dabei ist M_i das lokal wirkende Biegemoment, t die Zeit, T die Temperatur, η_i(T) die Viskosität, die die lokale plastische Verformbarkeit angibt und von der Temperatur abhängig ist, und l_i das lokale Flächenträgheitsmoment. Das Symbol ∝ steht für „ist proportional zu“.
Die lokale (temperaturabhängige) Viskosität kann in Abhängigkeit eines Polynoms η_(T) ausgedrückt werden als η_i(T) = η_(T)* T.
Das Flächenträgheitsmoment l_i ist üblicherweise für eine gegebene Glasscheibe durch die Abmessungen vorgegeben und nicht veränderbar.
Die Krümmung hängt weiterhin aber insbesondere vom eingeleiteten Biegemoment, welches aus den wirkenden Kräften resultiert, und der Viskosität, die temperaturabhängig ist, ab. Jeder dieser beiden Parameter kann im Sinne der Erfindung für sich genommen lokal variiert werden, während der jeweils andere unverändert bleibt. Es können aber auch beide Parameter lokal variiert werden.
Die lokale Umformung wird dabei durch das Verhältnis Biegemoment zu Viskosität bestimmt (M/η). Bei variablen Querschnitten muss gegebenenfalls noch das lokale Flächenträgheitsmoment berücksichtigt werden.
Bei einer möglichen Vorgehensweise werden bei homogener Temperatur und somit homogener Viskosität zunächst äußere Kräfte eingeleitet. Das Integral der lokalen Krümmungen ergibt die erzeugte Kontur. Durch äußere Randbedingungen können dieser Vorgehensweise in manchen Fällen Grenzen gesetzt, beispielsweise durch die Wirkung der Schwerkraft, die sich in manchen Fällen nicht wie benötigt einstellen lässt. Auch lassen sich beispielsweise nicht beliebig Auflager und Krafteinleitungspunkte setzen, so dass einer Gestaltung des Biegemomentenverlaufs auf dem Wege der Krafteinleitung Grenzen gesetzt sind. Um diese Limitationen zu überkommen, wird vorgeschlagen, durch eine kontrollierte Temperaturverteilung das Verhältnis (M/η) zu beeinflussen und auf diesem Wege die Umformung zu steuern.
Für eine gewünschte zeitabhängige Krümmung kann das benötigte Verhältnis M_i/η_i an jedem Ort und für jeden Zeitpunkt des Umformprozesses bestimmt werden. Das Verhältnis an sich und/oder Zähler und Nenner für sich genommen können über den Biegevorgang hinweg konstant gehalten oder mit der Zeit verändert werden.
Die mögliche Variation des eingeleiteten Biegemoments erfolgt, indem die eingeleitete Kraft lokal variiert bzw. gesteuert wird. Die mögliche Variation der Viskosität erfolgt, indem die Temperatur der Glasscheibe lokal variiert bzw. gesteuert wird. Zur Steuerung der Temperatur kann die Glasscheibe beispielsweise mittels eines Lasers erhitzt werden. Es können aber auch andere Methoden zum Heizen eingesetzt werden, etwa ein Ofen mit lokal einstellbarer Temperatur.
Die Variation der Kräfte und der Temperatur wird weiter unten noch ausführlicher erläutert.
Wenn die Glasscheibe beispielsweise nur unter Zuhilfenahme höchstens einer Druckleiste gebogen wird, während sie am Rand von Halterungen gehalten wird, mit der zusätzliche Kräfte eingeleitet werden, oder während sie am Rand auf Stützen aufliegt, kann die Glasscheibe derart in die Sollkontur gebogen werden, dass diese von allen Punkten der Glasscheibe gleichzeitig erreicht wird, wobei die Sollkontur einen analytischen Verlauf aufweisen kann. Hier kann es sich beispielsweise um eine Parabelform oder ein Kreissegment handeln, in die die Glasscheibe entlang einer ihrer Ausdehnungen gebogen wird. Insbesondere kann die Glasscheibe auf voller Länge eine solche Form annehmen. Dies stellt einen Unterschied zum Stand der Technik dar, wonach solche Konturen entweder nicht gleichzeitig erreicht werden, oder der analytische Verlauf nicht über die komplette Glasscheibe gegeben ist, sondern vielmehr durch den Einsatz einer Mehrzahl Druckleisten oder anderer Krafteinleitungsmittel segmentweise Kraft in die Glasscheibe eingeleitet wird, so dass die Glasscheibe eine polygonhafte Kontur erhält.
Es ist hervorzuheben, dass gemäß dem Stand der Technik Auflagen zum Einsatz kommen, die die Sollkontur beschreiben und diese somit vorgeben, so dass sich die Glasscheibe bei Erwärmung absenkt und in die Sollkontur legt. Die Biegelinie der Glasscheibe ist dabei nach dem Stand der Technik unabhängig von der Sollkontur. Mit fortschreitender Umformung kommt die sich senkende Glasscheibe nach und nach, oft in zufälliger Reihenfolge, in Kontrakt. Dadurch ändern sich durch den zunehmenden Kontakt mit den Auflagen die Lagerbedingungen und damit der Biegemomentenverlauf. Wenn sich die Scheibe komplet abgesenkt hat, ist zwar die Sollkontur erreicht, die Glasscheibe hat jedoch eine Abfolge von Biegemomenten erfahren, die durch das zeitlich versetzte Ablegen zustande bestimmt sind. Dadurch entstehen ungewollte Konturabweichungen und Welligkeiten.
Bei dem hier vorgestellten Verfahren sind im Gegensatz dazu derartige Auflagen überhaupt nicht notwendig, um die Glasscheibe in die gewünschte Kontur zu bringen. Die Umformung wird durch geeignete Prozessbedingungen, Kräfte, Biegemomente und Temperaturen gesteuert, die Umformung muss lediglich zum richtigen Zeitpunkt gestoppt werden. Letzteres kann in manchen Fällen mit Zielauflagen erreicht werden. Diese dienen also lediglich dazu, die Umformung an der richtigen Stelle zu beenden und ein größeres zeitliches Prozessfenster zu eröffnen. Auch zum Beenden der Umformung sind aber derartige Zielauflagen nicht zwingend nötig, beispielsweise wenn die Glasscheibe so angeordnet ist, dass die Schwerkraft keinen Einfluss auf die Umformung hat, und der Prozess durch Beendigung der Krafteinleitung beendet werden kann.
Mit dem hier vorgestellten Verfahren wird insbesondere ein Umformen von Glasscheiben vorteilhaft ermöglicht, bei dem die Sollkontur einen Bereich aufweist, der eine Kreissegmentform oder eine quadratische Parabelform aufweist.
In einer Ausführung kann insbesondere eine Kontrolle der zeitabhängigen Krümmung einzig durch eine lokale Variation der eingeleiteten Kraft vorgenommen werden, während die Temperatur bzw. die Viskosität überall in der Glasscheibe gleich oder im Wesentlichen gleich ist. Andererseits kann in einer alternativen Ausführung eine Kontrolle der zeitabhängigen Krümmung einzig durch eine lokale Variation der Temperatur vorgenommen werden, während die wirkende Kraft ausschließlich die Schwerkraft ist, die auf die Glasscheibe wirkt.
In den beschriebenen Verfahren kann eine Steuerung der Kraft und/oder der Temperatur einem voreingestellten Verlauf folgen. Dieser kann beispielsweise vorberechnet sein, beispielsweise unter Zuhilfenahme vorbekannter physikalischer Eigenschaften einer zu biegenden Glasscheibe, oder experimentell ermittelt sein. Bei einer Vorberechnung können fortgeschrittene Materialmodelle für eine thermische Leitfähigkeit, Viskosität und Temperaturverteilung zum Einsatz kommen, die beispielsweise in numerische und/oder analytische Berechnungen einbezogen werden.
Durch eine zeitliche Veränderung der Parameter M_i und η_i ergeben sich noch zusätzliche Möglichkeiten, den Biegevorgang zu kontrollieren und, wenn nötig, auch zu korrigieren.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann die Temperatur der Glasscheibe und/oder die Verformung der Glasscheibe überwacht werden. Beispielsweise können für die Überwachung der Temperatur und/oder der Verformung optische Messapparaturen bereitgestellt werden.
Die Temperatur der Glasscheibe kann also, zumindest in zu biegenden Bereichen, während des Biegens überwacht werden. Dies kann beispielsweise thermographisch, etwa mit einer Thermokamera, geschehen. Es können alternativ oder zusätzlich aber auch Thermoelemente zum Einsatz kommen.
Zur Messung der Verformung können beispielsweise Kameras, etwa Stereo-Kameras, und/oder Laserabstandssensoren und/oder Laserscanner verwendet werden.
Dabei kann beispielsweise das Produkt Aramis zum Einsatz kommen, dabei handelt es sich um ein (Stereo-)Kamerabasiertes Auswertesystem, mit welchem Konturen berührungslos gemessen werden können. Durch eine Abfolge von Aufnahmen können damit dreidimensionale Verformungen nach dem Prozess oder auch in-situ gemessen werden.
In möglichen Verfahren gemäß dieser Anmeldung kann basierend auf der Temperatur und/oder der Verformung der Glasscheibe die Temperatur und damit die Viskosität der Glasscheibe während des Biegens ortsabhängig geregelt werden. Alternativ oder zusätzlich können basierend auf der Temperatur und/oder der Verformung der Glasscheibe die eingetragenen Kräfte geregelt werden. Es können also insbesondere die durch die Halterungen eingetragenen Kräfte und/oder die durch die eine Druckleiste oder durch die mehreren Druckleisten eingetragenen Druckkräfte geregelt werden.
Ein anmeldungsgemäßes Verfahren kann beispielsweise einige oder alle der folgenden Schritte in der Reihenfolge ihrer Nennung oder in einer anderen Reihenfolge umfassen:

(a) Berechnung von M/η auf Grundlage der gewünschten Sollkontur, für alle Punkte auf der Oberfläche der Glasscheibe,
(b) Berechnung lokal wirkender Biegemomente, die aufgrund von Randbedingungen wie beispielsweise Lagerbedingungen und/oder Schwerkraft herrschen,
(c) Berechnung von Kräften oder eines zeitlichen Verlaufs von Kräften, die mittels Druckleisten und/oder Halterungen eingeleitet werden können, zur Optimierung der Biegemomente,
(d) Berechnung eines lokalen Temperaturfeldes zum Einstellen der in Schritt (a) bestimmten M/η-Verteilung,
(e) Einbringen der in Schritt (c) ermittelten Kräfte und Einstellen der in Schritt (d) ermittelten Temperatur.

Schritt (b) trägt den beispielsweise durch ein Biegewerkzeug vorgegebenen Randbedingungen Rechnung. Schritt (c) und (d) werden üblicherweise in Abhängigkeit voneinander durchgeführt. Beispielsweise können die einleitbaren Kräfte aus (c) durch das Biegewerkzeug limitiert sein. Die Temperatureinstellungen aus (d) können neben den eingeleiteten Kräften korrigierend wirken, beispielsweise bei Sollkonturen, die mit den vorhandenen Druckleisten oder Halterungen alleine nicht erreicht werden können, oder wenn Druckleisten oder Halterungen weitestgehend oder komplett vermieden werden sollen.
Die Temperatursteuerung in Schritt (e) kann durch einen lokalen Energieeintrag erfolgen, beispielsweise mittels eines Lasers, mit dem die Glasscheibe lokal bestrahlt wird. Dabei kann über eine Verweilzeit des Lasers an einem bestimmten Ort und/oder über eine Strahlleistung eine Anpassung des Energieeintrags erfolgen.
Eine mögliche Regelung eines wie oben beschriebenen Verfahrens kann beispielsweise durch ein selbst lernendes System, beispielsweise mittels eines künstlichen neuronalen Netzes, erfolgen. Ein solches Verfahren kann einen oder mehrere zusätzliche Schritte umfassen, beispielsweise, in dieser oder einer anderen Reihenfolge, die Schritte:

(f) Erfassen der Temperatur, beispielsweise an Messstellen in einem Ofen und/oder mittels einer Thermokamera zur Messung der Temperatur der Glasscheibe,
(g) Erfassen der Verformung, beispielsweise in situ, etwa mittels Aramis und/oder mittels eines Laserscanners,
(h) Vergleich von Isttemperatur und Solltemperatur,
(i) Vergleich von Istkontur und Sollkontur,
(j) Verarbeiten von Abweichungen aus (h) und/oder (i),
(k) Berechnen von Korrekturparametern aus den Abweichungen aus (j),
(l) Korrektur der Temperatur, beispielsweise durch Korrektur der Leistungsverteilung des Lasers und/oder der Kraft, beispielsweise durch Anpassen einer Bewegung der Halterungen und/oder der Druckleiste(n),
(m) Verarbeiten und Sammeln von Erfahrungswerten

Die Schritte (f) bis (m) können dann beispielsweise zyklisch mehrfach wiederholt werden.
Im Folgenden werden mechanische Aspekte des Verfahrens weiter diskutiert.
Bei dem Verfahren kann es sein, dass die Sollkontur durch eine oder mehrere Zielauflagen eines Biegewerkzeug vorgegeben wird. In einer möglichen Ausführung berührt die Glasscheibe diese Zielauflagen während des Biegens nicht sondern kommt erst bei Beendigung des Umformvorgangs auf den Zielauflagen zu liegen. Die Glasscheibe wird dann also so wenig wie möglich geführt, um den oben beschriebenen analytischen Verlauf zu erreichen und Druckstellen zu vermeiden.
Bei den Kräften, die durch die Halterungen eingetragen werden, kann es sich um Zugkräfte und/oder um Drehmomente handeln. Beispielsweise können an gegenüberliegenden Rändern der Glasscheibe Drehmomente etwa durch entgegengesetzte Rotation der Halterungen, derart eingeleitet werden, dass die Glasscheibe sich verformt und eine Sollkontur einnimmt, die beispielsweise einem Kreissegment entspricht.
Es können aber auch Halterungen verwendet werden, mit denen die Glasscheibe an gegenüberliegenden Rändern auf Zug gehalten wird, wobei die Glasscheibe sich dann nach und nach, unter nachlassendem Zug, bei zu Beginn der Umformung orthogonal zur Oberfläche der Glasscheibe gerichteter Gewichtskraft verformt. Die Verformung kann dann beendet werden, indem die Glasscheibe in eine durch das Biegewerkzeug vorgegebene Form gelegt wird oder indem die Halterungen nicht weiter nachgeben und die Glasscheibe schließlich abgekühlt wird. Durch alle derartigen Verfahren können Sollkonturen erreicht werden, die sich von einer Kontur unterscheiden, in die sich die die Glasscheibe legen würde, wenn sie nur an Rändern aufläge und einzig die Gewichtskraft wirken würde.
Die erwähnte Variation der Temperatur kann lokal entlang einer ersten Ausdehnungsrichtung der Glasscheibe räumlich variiert werden und in einer orthogonal zu der ersten Ausdehnungsrichtung verlaufenden zweiten Ausdehnungsrichtung konstant oder im Wesentlichen konstant eingestellt werden. Derartige Temperaturverläufe begünstigen ein eindimensionales Biegen. Zweidimensional variable Temperaturverläufe sind in anderen Ausführungen ebenfalls möglich.
Wenn die Temperatur in der zweiten Ausdehnungsrichtung konstant eingestellt wird, kann die Temperatur der Glasscheibe entlang der ersten Ausdehnungsrichtung abschnittsweise konstant eingestellt werden. So entstehen streifenförmige äquitherme Abschnitte. Diese äquithermen Abschnitte können beispielsweise Breiten von mindestens 5 cm und/oder von höchstens 1 m aufweisen. Insbesondere können diejenigen der äquithermen Abschnitte, in die eine Krümmung eingebracht wird oder in denen eine Krümmung verändert wird, Breiten von mindestens 0,5 cm und/oder von höchstens 1 m aufweisen.
Ein Laser zum Erwärmen der Glasscheibe, mit dem sich derartige äquitherme Abschnitte herbeiführen lassen, kann beispielsweise eine Spotgröße von 5mm aufweisen. Für größere äquitherme Bereiche können auch bewegte Erwärmungszonen mit anderen Heizmitteln verwendet werden.
Eine erste Temperatur eines ersten solchen äquithermen Abschnitts der Glasscheibe, in den eine Krümmung eingebracht wird, kann sich von einer zweiten Temperatur eines zweiten äquithermen Abschnitts der Glasscheibe, in den eine Krümmung eingebracht wird, um beispielsweise zwischen 10 Kelvin und 30 Kelvin unterscheiden.
Zwei solche äquithermen Abschnitte, in die beispielsweise jeweils Krümmungen eingebracht werden sollen, können beispielsweise aneinander angrenzen. Es kann aber auch ein zusätzlicher Übergangsbereich zwischen ihnen liegen, in dem beispielsweise eine andere Temperatur herrscht und/oder in dem die Temperatur sich kontinuierlich räumlich ändert und/oder in den keine Krümmung eingebracht wird.
Beispielsweise können zwei, drei, vier, oder mehr äquitherme Abschnitte vorgesehen sein, in die jeweils Krümmungen eingebracht werden sollen, wobei sich die Temperatur jedes der äquithermen Abschnitte von der Temperatur eines oder zweier zu dem Bereich benachbarter äquithermer Abschnitte unterscheidet, wobei benachbarte äquitherme Abschnitte aneinander angrenzen können oder zwischen benachbarten Abschnitten ein Übergangsbereich vorgesehen ist.
Ein erster äquithermer Abschnitt kann beispielsweise eine Temperatur von zwischen 615°C und 625°C aufweisen, ein zweiter, zu dem ersten Abschnitt benachbarter äquithermer Abschnitt kann eine Temperatur von zwischen 635°C und 645°C aufweisen und ein möglicher dritter äquithermer Abschnitt, der zu dem zweiten äquithermen Abschnitt benachbart ist, kann eine um 10 bis 30 K höhere oder niedrigere Temperatur aufweisen als der zweite Abschnitt.
In möglichen Ausgestaltungen des Verfahrens kann ein Krümmungsradius, der in einen Bereich der Glasscheibe eingebracht wird, beispielsweise kleiner als 100 mm oder kleiner als 10 mm sein oder 5mm oder weniger sein. Dieser Bereich kann dabei einen oder mehrere der oben erwähnten äquithermen Abschnitte umfassen. Mit dem vorgestellten Verfahren können so Konturen hergestellt werden, die sehr kleine Biegeradien haben und als akzentuierte Kanten wirken.
Bei dem Verfahren ist es möglich, gezielt nur diejenigen Bereiche der Glasscheibe zu erhitzen, in die eine Krümmung eingebracht wird. So kann Energie gespart werden. Diese Bereiche können auch wieder aus den äquithermen Abschnitten bestehen oder diese umfassen.
Ferner ist es möglich, Bereiche, in denen keine Krümmung eingebracht wird, und/oder Bereiche, in denen sich beispielsweise Zielauflagen, Führungsauflagen, Stützen oder Halterungen befinden, nicht zu erhitzen oder zumindest kälter, insbesondere unter der Erweichungstemperatur, zu halten, um in diesen Bereichen eine ungewollte Verformung zu verhindern.
Die Sollkontur kann mehrere Bereiche umfassen, die in entgegengesetzte Richtungen gebogen werden. Ein Vorzeichen einer Krümmung kann sich also zwischen zwei benachbarten Bereichen ändern. So können beispielsweise mehrere Bögen, beispielsweise s-förmig, in die Scheibe eingebracht werden. Für jeden Bogen kann eine Druckleiste zur Verfügung gestellt werden.
Das beschriebene Verfahren mit all seinen möglichen beschriebenen Ausführungen kann zum Biegen von großen Scheiben verwendet werden. Das heißt, es ist nicht nur für kleine Scheiben oder Scheiben mit Standardabmessungen, deren einzelne Seiten beispielsweise höchstens 1,7m lang sind, geeignet, sondern insbesondere auch für Scheiben mit größeren Abmessungen. Beispielsweise können Scheiben, bei denen mindestens eine Seitenlänge mindestens 6 m oder mindestens 9 m oder zwischen 16 und 20 m beträgt, gebogen werden. Beispielsweise kann bei Scheiben, die eine Seite haben, die zwischen 16 und 20 m lang ist, diese 16 bis 20 m lange Seite mit einem wie oben beschriebenen Verfahren gebogen werden.
Es ist hervorzuheben, dass derartige große Scheiben anmeldungsgemäß einstückig gebogen werden können, um beispielsweise eine Sollkontur anzunehmen, die einem analytischen Verlauf, etwa einer quadratischen Parabel oder einem Kreissegment, folgt. Die Scheiben müssen vor dem Biegeprozess weder zerteilt, noch durch mehrere Druckleisten segmentweise polygonartig gebogen werden.
Ein Beispiel für eine Anwendung eines wie oben beschriebenen Verfahrens ist die Herstellung einer gebogenen Doppelscheibe. Bei einer solchen Doppelscheibe, die beispielsweise in der Architektur zum Einsatz kommen kann, wird zwischen zwei Scheiben ein Isolierspalt, der beispielsweise mit einem Medium gefüllt wird, zur Verfügung gestellt.
Nach dem Stand der Technik werden zur Herstellung solcher Doppelscheiben beide Scheiben der Doppelscheibe als Paar gebogen, wobei sie bereits aufeinanderliegen. Durch Biegeverfahren gemäß dem Stand der Technik entstehende Konturfehler befinden sich somit in beiden Scheiben, so dass zumindest eine Passgenauigkeit gewährleistet wird.
In dieser Anmeldung wird als mögliche Anwendung des oben geschilderten Verfahrens ein Verfahren zum Herstellen von Doppelscheiben vorgeschlagen, bei dem eine erste Glasscheibe und eine zweite Glasscheibe separat, jeweils nach einem Verfahren gemäß dieser Anmeldung, gebogen werden. Anschließend können die erste und die zweite Glasscheibe flächig übereinander angeordnet werden und die Scheiben miteinander verbunden werden, wobei zwischen der ersten und der zweiten Glasscheibe ein Isolierspalt verbleibt. Aufgrund der genauen Kontrollierbarkeit des Verfahrens gemäß dieser Anmeldung kann gewährleistet werden, dass jede der Scheiben eine hohe Konturtreue aufweist, so dass die Scheiben die gewünschte Form gut reproduzieren und außerdem aufeinander passen.
In möglichen Ausführungen von Doppelscheiben gemäß dieser Anmeldung weist das Scheibenpaar eine scharfe Biegung bzw. einen Knick von zwischen 30° und 120° auf, insbesondere Winkel von 80° bis 100°. Ein Krümmungsradius einer solchen Doppelscheibe kann beispielsweise zwischen 5mm und 20 mm betragen.
Eine weitere mögliche Anwendung des vorgestellten Verfahrens betrifft die Herstellung von einlaminierten Solarzellen. Bei solchen Solarzellen wird eine Solarzelle auf die Rückseite einer mit dem hier gezeigten Verfahren gebogenen Glasscheibe laminiert. Auf der der Glasscheibe abgewandten Rückseite der Solarzelle kann zur Versiegelung eine Kunststofffolie oder eine weitere mit dem vorgestellten Verfahren passgenau gebogene Glasscheibe laminiert werden.
In dieser Anmeldung wird als weiterhin mögliche Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens ein Verfahren zur Herstellung einer Parabolrinne vorgeschlagen. Dabei wird eine Mehrzahl Glasscheiben separat gebogen, jeweils nach einem Verfahren gemäß dieser Anmeldung. Die Scheiben werden zum Beispiel jeweils in eine quadratische Parabelform gebracht. Das kann beispielsweise jeweils unter Verwendung einer einzelnen Druckleiste, mit oder ohne Einfluss der Schwerkraft geschehen. Es müssen dabei keine Halterungen verwendet werden, sondern die Glasscheiben können jeweils an ihren Rändern oder in der Nähe ihrer Ränder auf Stützen gelagert sein und mittels der Druckleiste gegen diese Stützen gedrückt werden.
Die gebogenen Glasscheiben werden an ihren gebogenen Kanten aneinandergelegt. Zwischen ihnen kann dabei ein Abstand bestehen bleiben, sie können aber auch auf Stoß aneinandergelegt werden und in dem Fall optional auch miteinander verbunden werden. Die so gebogenen Glasscheiben sind dann üblicherweise entlang einer Längsrichtung der Parabolrinne aneinandergereiht. Jede der gebogenen Glasscheiben erstreckt sich typischerweise über eine gesamte Breite der Parabolrinne, die beispielsweise orthogonal zu der Längsrichtung definiert sein kann. Dies stellt einen Unterschied zum Stand der Technik dar, wonach die Parabolrinnen ihrer Breite nach aus mehreren Glasscheiben zusammengesetzt sind. Durch die beschriebene Einstückigkeit in die Breitenrichtung und die damit einhergehende Konturtreue kann also dank des anmeldungsgemäßen Verfahrens die Leistungsfähigkeit der Paraborinne erheblich gesteigert werden.
Die Verwendung von anmeldungsgemäßen Verfahren eignet sich auch noch für die Herstellung anderer möglicher Glasscheiben mit dekorativen oder technischen, insbesondere optischen Anwendungen.
Es sei betont, dass die Erfindung sich auch auf gebogene Glasscheiben bezieht, die mit einem wie oben beschriebenen Verfahren umgeformt wurden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Parabolrinnen und auf Doppelscheiben mit den oben beschriebenen Eigenschaften, die für sich genommen beansprucht werden können. Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf ein Biegewerkzeug, das für sich genommen beansprucht werden kann, welches Krafteinleitungsmittel, etwa eine Druckleiste und/oder Halterungen, und/oder Einrichtungen zur Temperatursteuerung, wie etwa einen Laser, umfasst, die jeweils dazu eingerichtet sind, ein wie hier beschriebenes Verfahren durchzuführen. Die im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Merkmale sind dabei auf die damit hergestellten gebogenen Glasscheiben sowie auf das Biegewerkzeug zur Durchführung des Verfahrens übertragbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft näher erläutert.
In den Figuren zeigen

1 Biegelinien mit dazugehörigem Biegemomentenverlauf,
2 einen zeitlichen Verlauf einer Verformung einer Glasscheibe,
3 eine Verformung einer Glasscheibe mittels einer Druckleiste,
4 eine Verformung einer Glasscheibe mittels einer Druckleiste und beweglichen Führungsauflagen,
5 eine Verformung einer Glasscheibe mittels einer Druckleiste und beweglichen Startauflagen,
6 eine Verformung einer Glasscheibe mittels Halterungen durch Einleiten einer Zugbelastung,
7 eine Verformung einer Glasscheibe mittels Halterungen durch Einleiten eines Drehmoments,
8 eine temperaturgesteuerte Verformung einer Glasscheibe,
9 einen Herstellungsprozess von Parabolrinnen, und
10 eine Doppelscheibe gemäß dieser Anmeldung.

In 1 a) sind mögliche Biegelinien k_s1 und k_s2 für an ihren Enden aufliegende Glasscheiben gezeigt und in 1b) die dazugehörigen Biegemomente M₁ bzw. M₂ . Die Biegelinie k_s1 entspricht einer kubischen Parabel und k_s2 einer quadratischen Parabel. Das zu k_s1 gehörige Biegemoment M₁ weist einen parabelförmigen Verlauf auf und wird beispielsweise durch eine Streckenlast, also beispielsweise durch eine vollflächig an der Glasscheibe angreifende Gewichtskraft, hervorgerufen. Im Gegensatz dazu weist das zu k_s2 gehörige Biegemoment einen zur Mitte hin linear ansteigenden Verlauf auf. Es wird beispielsweise durch eine mittig angreifende Kraft bewirkt. Das bedeutet, dass eine Glasscheibe, die an ihren Rändern aufliegt und auf die nur die Gewichtskraft wirkt, sich unter diesen Bedingungen einer kubischen Parabel entsprechend ablegt. Wenn andere Formen gewünscht sind, kann dies zwar, wie im Stand der Technik, durch eine entsprechende Form gewährleistet werden, dann legen sich aber bestimmte Bereiche der Glasscheibe vor anderen Bereichen der Glasscheibe in die Form und werden nachteilhaft ungewollt weiter verformt und/oder wellen sich. Gemäß dieser Anmeldung kommt beispielsweise eine Druckleiste zum Einsatz, um beispielsweise das Biegemoment M₂ zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann durch eine Anpassung der Viskosität über eine Variation der Temperatur das Biegeverhalten beeinflusst werden. Diese Möglichkeiten werden anhand der nachfolgenden Figuren noch näher erläutert.
2 zeigt einen anmeldungsgemäßen Prozess, bei dem eine Glasscheibe 1 in der Nähe ihrer Ränder an Stützen 4 anliegt. Die Glasscheibe 1 wird, wie durch Pfeile kenntlich gemacht ist, von einer Ausgangskontur k_a in eine Sollkontur k_s umgeformt, die im vorliegenden Fall durch die Stützen 4 sowie durch Zielauflagen 5 definiert ist. Die Glasscheibe 1 passiert dabei Zwischenkonturen k_z1 -k_z3 .
Bei der Glasscheibe kann es sich beispielsweise um eine Kalk-Natronglasscheibe handeln, die sich bei Temperaturen ab etwa 600°C verformen lässt. Eine Dicke der Glasscheibe kann beispielsweise zwischen 2 mm und 10 mm liegen.
Zum Umformen wird die Glasscheibe zunächst erhitzt und dann gebogen, indem durch äußere Kräfte auf die Glasscheibe 1 zumindest solange gewirkt wird, bis sie eine Form erreicht, die der Sollkontur k_s entspricht.
Die äußeren Kräfte beschränken sich dabei auf

- durch ein Eigengewicht der Glasscheibe 1 verursachte Gewichtskräfte (Siehe 3b und 8) und/oder
- durch die Stützen 4 in die Glasscheibe 1 eingetragene Kräfte und/oder
- durch mögliche Halterungen, in die ein Rand der Glasscheibe eingespannt ist, eingetragene Kräfte (siehe 6 und 7) und/oder
- durch eine oder mehrere Druckleisten in eine Oberfläche der Glasscheibe 1 eingetragene Druckkräfte, wobei in jedem konkaven Teilbereich der Oberfläche höchstens eine Druckleiste verwendet wird (siehe 3 bis 5).

Eine in der Figur kenntlich gemachte zeitliche Änderung einer lokalen Krümmung der Glasscheibe 1, von der Ausgangskontur k_a , über die Zwischenkonturen k_z1 , k_z2 und k_z3 , bis hin zur Sollkontur k_s wird dabei so gesteuert wird, dass die Oberfläche der Glasscheibe 1 die Sollkontur k_s an allen Stellen der Oberfläche, die nicht unbewegt bleiben, gleichzeitig erreicht. Die Glasscheibe legt sich also gleichzeitig auf alle fünf gezeigten Zielauflagen 5, so dass der Umformprozess überall gleichzeitig beendet ist. Dies wird erreicht, indem eine Temperatur und damit eine Viskosität der Glasscheibe 1 während des Biegens ortsabhängig nicht konstant eingestellt wird und/oder indem durch mögliche Halterungen eingetragene Kräfte und/oder die durch die eine oder die mehreren möglichen Druckleisten 3 eingetragenen Druckkräfte daür passend eingestellt werden. Das heißt, um die zeitliche Änderung der Krümmung k(t) zu kontrollieren, wird das Verhältnis aus Biegemoment M und Viskosität η, welches über $k (t) \propto M_{i} η$
in die Krümmung eingeht, zu allen Zeiten des Biegeprozesses und an allen Orten der Glasscheibe kontrolliert eingestellt (∝ steht für „ist proportional zu“). Das Biegemoment M kann durch eine Variation der Kräfte und die Viskosität η durch eine Variation der Temperatur modifiziert werden. Dabei kann eine dieser Größen variiert werden oder beide.
In Simulationsmodellen können Prozessgrößen wie Wärmeeintrag, Temperatur und Dauer der Wärmeeinbringung ermittelt und optimiert werden.
Die Stützen 4 können beispielsweise als Röhren oder röhrenförmig ausgebildet sein und als Loslager für die Glasscheibe 1 fungieren. Die Zielauflagen 5 sind bei Biegewerkzeugen zum Durchführen von hier vorgestellten Verfahren optional und können als Röhren oder röhrenförmig ausgebildet sein. Im gezeigten Beispiel berührt die Glasscheibe 1 die Zielauflagen, die unbeweglich ausgebildet sind, erst, wenn sie die Sollkontur k_s erreicht, und wird zu vorherigen Zeitpunkten während des Biegeverfahrens nur durch die Stützen 4 und durch beispielsweise Druckleisten und/oder die Schwerkraft kontrolliert und verformt.
Die Temperatur der Glasscheibe 1 und die Verformung der Glasscheibe 1 kann während des Biegeprozesses überwacht werden. Das heißt, es kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten, beispielsweise wenn die Glasscheibe die Zwischenkonturen k_z1 -k_z3 erreicht, die Krümmung und die Temperatur ortsaufgelöst mittels optischer Einrichtungen, etwa mittels einer Thermokamera und/oder mittels eines Lasers, bestimmt werden. Basierend auf der Temperatur und/oder der Verformung der Glasscheibe kann die Temperatur und damit die Viskosität der Glasscheibe 1 während des Biegens ortsabhängig geregelt werden und es können die Kräfte wie oben beschrieben geregelt werden, um ein gleichzeitiges Erreichen der Sollkontur k_s für alle Bereiche der Glasscheibe 1 zu gewährleisten.
Das Erhitzen der Glasscheibe 1 und das Einstellen der Temperatur der Glasscheibe 1 erfolgt beispielsweise mit einem Laser. Mögliche Arten der Krafteinleitung bei anmeldungsgemäßen Verfahren werden beispielhaft in den 3 bis 8 dargestellt. Das heißt, die dort vorgestellten Krafteinleitungsmethoden lassen sich in dem hier beschriebenen Verfahren verwenden und im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Steuerung bzw. Regelung gesteuert bzw. geregelt durchführen.
3 zeigt Ausführungen anmeldungsgemäßer Prozesse, bei denen eine Druckkraft mittels einer Druckleiste 3 in die Glasscheibe eingeleitet wird. Die Glasscheibe liegt dabei an Stützen 4 an. Die Druckleiste 3 ist jeweils zentral zwischen den Stützen 4 auf der den Stützen abgewandten Seite der Glasscheibe 1 angeordnet. Durch zusätzliche optionale Startauflagen 7, die auf der gleichen Seite wie die Druckleiste 3 angeordnet sind, kann die Glasscheibe 1 zusätzlich in ihrer Ausgangsposition fixiert werden. Die Druckleiste 3 drückt die erwärmte Glasscheibe 1 jeweils gegen die Stützen 4 und wird zwischen den Stützen 4 hindurch bewegt, um eine Krümmung in die Glasscheibe 1 einzubringen. Entsprechend drückt die Druckleiste 3 jeweils konkavseitig mittig gegen die Glasscheibe 1. Die Ausgangskontur k_a ist in beiden Fällen flach und die Sollkontur k_s ist in beiden Fällen eine durch die Stützen 4 und die Zielauflagen 5 vorgegebene quadratische Parabel.
In der 3a) ist die Glasscheibe im Gegensatz zur 3b) so ausgerichtet, dass das Schwerefeld der Erde g parallel zu der Oberfläche der Glasscheibe 1 wirkt und somit keinerlei Einfluss auf die Verformung der Glasscheibe 1 hat. Das heißt, die von der Druckleiste 3 entlang einer Linie räumlich begrenzt eingeleitete Kraft sorgt alleine für die Verformung, so dass ein Biegemoment entsprechen dem Biegemoment M₂ aus der 1 in Reinform vorliegt. Dies kann zum Erreichen der gewünschten Sollkontur von Vorteil sein. Insbesondere in Ausführungen gemäß 3a) kann der Biegeprozess zu jedem beliebigen Zeitpunkt gestoppt werden, wobei eine im Ergebnis erhaltene Kontur immer eine quadratische Parabel darstellt.
In 3b) ist die Glasscheibe 1 dagegen so ausgerichtet, dass das Schwerefeld der Erde g und somit die Gewichtskraft orthogonal zur Oberfläche der ungebogenen Glasscheibe 1 gerichtet ist. Die Glasscheibe 1 wird dadurch auf die Stützen 4 drückt, bzw. die Verformung kann dann durch die Schwerkraft unterstützt werden. Wie erwähnt, führt die derart wirkende Schwerkraft alleine bei homogener Temperatur der Glasscheibe 1 nicht zu der gewünschten Sollkontur k_s . Das heißt, die Temperatur sollte entweder angepasst werden und/oder die Kraft sollte so eingeleitet werden, dass der Beitrag der Schwerkraft ausgeglichen wird oder vernachlässigbar wird. Im gezeigten Beispiel wird die Kraft durch die Druckleiste 3 so schnell eingeleitet, dass Beiträge der Schwerkraft vernachlässigt werden können.
Die Glasscheibe 1 kann in den Beispielen aus 3a) und b) jeweils eine räumlich homogene Temperatur aufweisen, die zeitlich nicht variiert, sie kann aber auch - beispielsweise um Korrekturen des zeitlichen Verlaufs der Krümmung zu bewirken - eine lokal und/oder zeitlich variierende Temperatur aufweisen. Beispielsweise ist es im Fall der 3b) auch möglich, die Temperatur räumlich und zeitlich zu variieren, um einen möglichen Beitrag der Schwerkraft zur Verformung, der die Glasscheibe nicht in die gewünschte Parabelform biegen würde, auszugleichen.
4 zeigt einen anmeldungsgemäßen Biegevorgang für die Glasscheibe 1, der wie schon in 3 mittels einer Druckleiste 3, die zwischen zwei Stützen 4 angeordnet ist, durchgeführt wird bzw. vorgegeben ist. Die Schwerkraft wirkt dabei orthogonal zur Oberfläche der Glasscheibe 1. In diesem Beispiel wird die Platte von unten, auf der der Druckleiste 3 abgewandten Seite, von beweglichen Führungsauflagen 8 unterstützt, die zumindest vor Beginn des Biegens einen Teil der Last der Glasscheibe 1 tragen. Die Führungsauflagen 8 werden während des Biegeprozesses abgesenkt und haben zum Ende des Umformprozesses eine Form erreicht, die der Sollkontur k_s entspricht. Es kann sich eine Überlagerung aus Umformung durch die Einzellast der Druckleiste 3 und durch die Gewichtskraft ergeben, wobei erstere üblicherweise dominiert. Die Führungsauflagen 8 können gemäß einer Steiner'schen Formel an Punkte geführt werden, die zu der angestrebten Parabelform gehören. Es ist auch möglich, die Führungsauflagen 8 so zu bewegen, dass die Sollkontur s_k eine andere gewünschte Form aufweist. Die entsprechende Verformung kann durch die Temperaturvariation der Glasscheibe 1 gesteuert und/oder geregelt werden. Die entsprechende Verformung kann auch von den Führungsauflagen mit bewirkt werden, zum Beispiel in eine der durch die Druckleiste 3 bewirkten Verformung entgegengesetzte Richtung. Dann können die Führungsauflagen 8 als zusätzliche Druckleisten wirken, von denen beispielsweise in jedem konkaven Teilbereich der Oberfläche höchstens eine verwendet wird.
In einer alternativen Ausführung eines derartigen Verfahrens mit beweglichen Führungsauflagen 8 kann die Schwerkraft auch parallel zur Oberfläche der Glasscheibe 1 wirken.
5 zeigt eine anmeldungsgemäße Konfiguration mit beweglichen Startauflagen 10, die wie die beweglichen Führungsauflagen 8 aus 4 zumindest vor Beginn des Biegens einen Teil der Last der Glasscheibe 1 tragen, während die Gewichtskraft orthogonal zur Oberfläche der Glasscheibe 1 wirkt. Während des Biegens können die beweglichen Startauflagen 10 nach unten bewegt werden, zum Beispiel der aktuellen Kontur der Glasscheibe 1 folgend. Im Gegensatz zu den beweglichen Führungsauflagen 8 dient die bewegliche Startauflage 10 aber nicht als Zielauflage. Es werden zusätzliche Zielauflagen 5 bereitgestellt, die die Bewegung der Glasscheibe 1 begrenzen und die Sollkontur k_s der Glasscheibe 1 zusammen mit den Biegeauflagen 4 definieren.
In einer alternativen Ausführung mit den in der 5 gezeigten Merkmalen kann die Schwerkraft auch parallel zur Oberfläche der Glasscheibe 1 wirken.
6 zeigt ein Verfahren gemäß der Anmeldung, bei dem die Glasscheibe 1 an gegenüberliegenden Rändern in Halterungen 6 eingespannt ist. Die Gewichtskraft wirkt senkrecht zur Oberfläche der Glasscheibe 1 und bewirkt die Verformung. Die Sollkontur s_k ist durch Zielauflagen 5 vorgegeben. Durch die Halterungen 6 werden Zugkräfte in die Glasscheibe 1 eingeleitet, das heißt, die Ränder der Glasscheibe 1 werden durch die Halterungen 6 nach außen gezogen und die Glasscheibe 1 während des Biegevorgangs unter kontrolliert nachlassendem Zug und dementsprechend einem Aufeinanderzubewegen der Halterungen 6 in die Form abgelassen, so dass alle Punkte der Oberfläche der Glasscheibe 1 gleichzeitig die Sollkontur s_k erreichen. Durch eine derartige Krafteinleitung kann die Glasscheibe 1 beispielsweise wieder in die Sollkontur k_s gebracht werden, die eine quadratische Parabelform aufweist.
7 zeigt ein Verfahren gemäß der Anmeldung, bei dem durch die Halterungen 6, in die die Glasscheibe 1 an gegenüberliegen Rändern eingespannt ist, Drehmomente eingeleitet werden. Die Halterungen 6 werden dabei, wie in der Figur durch Pfeile dargestellt, in entgegengesetzte Richtungen rotiert. Das dadurch hervorgerufene Biegemoment M ist in der Figur skizziert und weist eine Diskontinuität auf. Die Glasscheibe verformt sich ausgehend von der Sollkontur k_a auf kontrollierte Weise über die Zwischenkonturen k_z1 -k_z3 in die Sollkontur k_s , die eine Form eines Kreissegments, wie etwa einen Halbkreis, darstellt. Durch diese Art der Krafteinleitung sind insbesondere kreissegmentartige Sollkonturen vorteilhaft erreichbar.
Die Zielauflagen 5 sind bei solchen Ausführungen, in denen die verformenden Kräfte über derartige Drehmomente eingeleitet werden, optional. Die Schwerkraft wirkt im gezeigten Beispiel orthogonal zur Oberfläche der Glasscheibe 1, kann aber auch parallel zur Oberfläche der Glasscheibe 1 wirken.
Bei Ausführungen mit Halterungen 6 kann das Einleiten von Zugkräften (6) und das Einleiten von Drehmomenten (7) auch kombiniert werden, um die Verformung beispielsweise noch genauer steuern zu können und etwa andere Sollkonturen zu ermöglichen.
8 zeigt ein anmeldungsgemäßes Verfahren zum Biegen der Glasscheibe 1 von der Ausgangskontur k_a (8a) in die Sollkontur k_s (8b), bei dem die Temperatur der Glasscheibe 1 lokal entlang einer ersten Ausdehnungsrichtung der Glasscheibe (horizontal in der 8a) räumlich variiert wird und in einer orthogonal zu der ersten Ausdehnungsrichtung verlaufenden zweiten Ausdehnungsrichtung (orthogonal zur Zeichenebene) konstant eingestellt wird.
Die Glasscheibe ist auf Stützen 4 aufgelegt, auf denen sie durch eine optionale Fixierung 9 fixiert wird. Ein Bereich der Glasscheibe 1, der während des Verformungsprozesses bewegt werden soll, steht über die Stützen 4 über. Die Verformung wird nun einzig durch das Schwerefeld der Erde g und also die Gewichtskraft bewirkt, die, wie in der 8 durch den Pfeil dargestellt, nach unten wirkt und den über die Stützen 4 überstehenden Bereich nach unten zwingt.
Die Temperatur der Glasscheibe 1 wird dabei entlang der ersten Ausdehnungsrichtung abschnittsweise konstant eingestellt wird, so dass streifenförmiger äquitherme Abschnitte a-e entstehen, von denen zwei außenliegende Abschnitte a und e, in die keine Krümmung eingebracht werden soll, kälter sind als innenliegende Bereiche b, c, d, in die jeweils eine Krümmung eingebracht werden soll. Insbesondere können die Bereiche a und e so kalt sein, dass das Glas in diesen Bereichen nicht verformbar ist. Der Abschnitt a entspricht gerade dem Bereich, der auf den Stützen aufliegt. Die Bereiche b, c, d in die die Krümmung eingebracht werden soll, sind jeweils zwischen 5 cm und 1 m. breit. Die Bereiche a und e sind breiter als die Bereiche b, c und d.
Das an der Glasscheibe 1 angreifende Biegemoment, das die Verformung bewirkt, ist abhängig vom Gewicht über die Stützen 4 überstehender Bereiche welches bei homogener Dichte und konstanter Breite der Glasscheibe, linear von der Länge der überstehenden Bereich abhängig. Weiterhin ist das Biegemoment abhängig vom Hebelarm der überstehenden Bereiche. Das heißt, im Bereich d wirkt ein Biegemoment, das abhängig ist von einer Segmentlänge s₁ , die sich über die Abschnitte d und e erstreckt. Im Bereich c wirkt ein im Vergleich zum Bereich d größeres Biegemoment, das abhängig ist von einer Segmentlänge s₂ , die sich über die Abschnitte c, d und e erstreckt. Im Bereich b wirkt ein noch größeres Biegemoment, in das die Segmentlänge s₃ eingeht, die sich über die Abschnitte b, c, d und e erstreckt.
Um eine kontrollierte Verformung in die Sollkontur k_s zu gewährleisten, wird im Sinne dieser Anmeldung für jeden der Bereiche b, c, d, in die die Krümmung eingebracht werden soll, die Größe des dort jeweils wirkenden Biegemoments, berücksichtigt.
Aufgrund der Beziehung
$k (t) \propto M/ η$
wird in diesem Beispiel den unterschiedlichen in den Abschnitten b, c und d wirkenden Biegemomenten durch eine Veränderung der Viskosität η über die Temperatur begegnet. So kann die zeitabhängige Krümmung auch kontrolliert werden, wenn eine Veränderung der Biegemomente durch zusätzliche Kräfte nicht angedacht ist. Um beispielsweise in den Bereichen b, c und d überall einen identischen Krümmungsradius r₁=r₂=r₃ zu erhalten, müssen die Bereiche aufgrund der unterschiedlich großen dort jeweils wirkenden Biegemomente unterschiedliche Viskositäten aufweisen. Um eine vorgegebene Krümmung zu erhalten, muss also eine entsprechende Temperaturanpassung vorgenommen. Diese Temperaturanpassung kann nach einem vorbekannten Muster gesteuert werden oder während des Prozesses bei Überwachung von Istkontur und Isttemperatur darauf basierend geregelt werden. Dabei wird zumindest die Temperatur in den zu biegenden Bereichen der Glasscheibe, also zumindest in den Abschnitten b, c und d, während des Biegens überwacht, beispielsweise thermographisch überwacht. Zumindest in dem gleichen Bereich wird dann optisch, beispielsweise mittels eines Lasers auch die Krümmung überwacht und die Temperatur mittels eines Lasers gesteuert und/oder nachgeregelt.
Die in den Abschnitten b, c und d herrschenden Temperaturen, können sich beispielsweise paarweise um zwischen 10 Kelvin und 30 Kelvin voneinander unterscheiden.
Der in den Abschnitten b, c und d hergestellte Kümmungsradius r₁=r₂=r₃ beträgt in diesem Beispiel 5 mm oder weniger.
Am Ende des Umformungsprozesses kontaktiert die Glasscheibe Zielauflagen 5. Die Zielauflagen 5 sind optional und können beispielsweise in manchen Ausführungen so angeordnet sein, dass sie nur von dem verhältnismäßig kalten und beispielsweise bei seiner Temperatur nicht verformbaren Abschnitt e berührt werden.
Es ist in Verfahren wie in der 8 gezeigt nicht ausgeschlossen, dass die Temperatur innerhalb der Abschnitten b, c und d im Rahmen der technischen Möglichkeiten leicht variiert. Insbesondere eine Variation der Temperatur über die Dicke der Glasscheibe ist prozessbedingt möglich. Derartige Temperaturschwankungen innerhalb einzelner Abschnitte sind typischerweies geringer als die Temperaturunterschiede zu benachbarten Abschnitten.
9a) zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Parabolrinne gemäß dem Stand der Technik und 9b) ein Verfahren zur Herstellung einer Parabolrinne gemäß dieser Anmeldung.
In 9a) ist dabei gezeigt, wie eine Parabolrinne mit großen Abmessungen aus einer Vielzahl Glasscheiben 1a-1p hergestellt wird. Die Glasscheiben 1a-1p weisen Standardgrößen von beispielsweise maximal 1,7m Seitenlänge auf und liegen in 9a) (i) in ungebogener Form vor. Von (i) nach (ii) wird jede der Glasscheiben 1a-1p in einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik gebogen. Dabei wird für in einem inneren Bereich der Parabolrinne anzuordnenden Glasscheiben 1e-1l jeweils eine Sollkontur k_s1 geschaffen, die näherungsweise zentralen Segmenten einer quadratischen Parabel entsprechen soll. Gleichermaßen wird für die weiter außen anzuordnenden Glasscheiben 1a-1d und 1m-1p jeweils eine Sollkontur 1_s2 geschaffen, die entsprechend weiter außen liegenden Segmenten einer quadratischen Parabel angenähert ist. Typischerweise ist die Näherung an die quadratische Parabel für sowohl für die innenliegenden Glasscheiben 1e-1l als auch für die außenliegenden Glasscheiben 1a-1d und 1m-1p nicht zufriedenstellend, da nach dem Stand der Technik, wie eingangs erwähnt, kubische Funktionen an die quadratische Parabel angenähert werden sollen. Ferner entstehen insbesondere in den Randbereichen der Glasscheiben 1a-1p typischerweise prozessbedingt Konturfehler. Die Glasscheiben werden wie in (iii) gezeigt zusammengefügt, wobei die resultierende Parabolrinne aufgrund der erwähnten Mängel der Konturen einzelnen Glasscheiben 1a-1p keine optimierte Leistungsfähigkeit aufweist.
In 9b) ist dagegen ein Verfahren zum Herstellung einer Parabolrinne gemäß dieser Anmeldung gezeigt. Die Parabolrinne wird demnach aus Glasscheiben 1a, 1r hergestellt, die in Verfahren gemäß dieser Anmeldung separat gebogen werden. Es kann sich beispielsweise jeweils um die Glasscheibe 1 aus einer der 2-6 handeln.
Die Glasscheiben, die anfangs in (i) flach vorliegen, werden von (i) nach (ii) dabei jeweils in eine Sollkontur k_s gebogen, die parabelförmig ist. Durch die in dieser Anmeldung vorgestellten Verfahren wird eine hohe Konturtreue erreicht. Wie in den 9a) und 9b) durch eine Schraffur kenntlich gemacht, soll im Fall der 9a) für die Glasscheiben 1a-1d und 1m-1p ungefähr der Verlauf eines äußeren Bereichs der parabelförmigen Sollkontur k_s aus 9b) geschaffen werden und für die Glasscheiben 1e-1l ungefähr der Verlauf eines inneren Bereichs der parabelförmigen Sollkontur k_s aus 9b). Die Konturtreue ist im Fall der 9b) dabei deutlich überlegen.
Die gebogenen Glasscheiben 1q, 1r werden an ihren gebogenen Kanten aneinandergelegt und somit entlang einer Längsrichtung der Parabolrinne aufgereiht. Jede der gebogenen Glasscheiben erstreckt sich so über eine gesamte orthogonal zu der Längsrichtung verlaufende Breite der Parabolrinne. Die in 9b) gezeigte Parabolrinne zeichnet sich aufgrund der hohen Konturtreue und ihrer Einstückigkeit entlang der Breite durch eine besonders hohe Leistungsfähigkeit aus.
Jede der Glasscheiben 1q, 1r weist Abmessungen auf, bei denen mindestens eine Seitenlänge mehr als 6 m beträgt, beispielsweise zwischen 16 und 20 m.
In der 9b sind zwei Glasscheiben 1q, 1r gezeigt, es können aber auch mehr als zwei Glasscheiben mit den gleichen Eigenschaften verwendet werden. Es sei erwähnt, dass die Glasscheiben 1q, 1r zum Transport nach dem Biegen in Schritt (ii) zerteilt werden können und am gewünschten Ort der Parabolrinne wieder zusammengesetzt werden können. Die Leistungsfähigkeit wird durch die Zerteilung nur minimal beeinträchtigt. Es sind aufgrund der guten Konturtreue auch bei zerteilten und zusammengesetzten Glasscheiben 1q, 1r hochleistungsfähige Parabolrinnen möglich. Einstückigkeit wird typischerweise während des Biegens gewährleistet, um die erwähnte Konturtreue zu erhalten.
10 zeigt eine Doppelscheibe, die eine erste Glasscheibe 1s und eine zweite Glasscheibe 1t umfasst, die separat, jeweils nach einem Verfahren wie in dieser Anmeldung gezeigt, gebogen wurden. Anschließend wurden die erste 1s und die zweite Glasscheibe 1t wie gezeigt flächig übereinander angeordnet. Durch die mit den oben gezeigten Verfahren erreichbare Genauigkeit kann die Doppelscheibe eine gewünschte Kontur zuverlässig reproduzieren und die Glasscheiben 1s und 1t passen genau aufeinander. Die Glasscheiben 1s, 1t sind jeweils größer als 1,7m × 1,7m.
Die Doppelscheibe kann ohne freibleibenden Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben 1s, 1t, mit einer dazwischen angeordneten Kunststofffolie, als Verbund-(Sicherheits)-Glas ausgebildet sein. Es kann auch ein Isolierspalt zwischen den Scheiben 1s, 1t vorhanden sein, der zum Beispiel mit einem schlecht wärmeleitenden Gas wie Argon, Stickstoff oder trockener Luft gefüllt ist, um die Doppelscheibe also Isolierglasscheibe bereitzustellen. Dann werden die Glasscheiben 1s, 1t umlaufend dicht verklebt und es kommen außerdem Abstandshalter zum Einsatz.
Bezugszeichenliste

1, 1a-1t: Glasscheibe
3: Druckleiste
4: Stütze
5: Zielauflage
6: Halterung
7: Startauflage
8: Bewegliche Führungsauflage
9: Fixierung
10: Bewegliche Startauflage
k_a: Ausgangskontur
k_z, k_z1-k_z3: Zwischenkontur
k_s, k_s1, k_s2: Sollkonturen
r₁-r₃: Sollradien
a-e: äquitherme Abschnitte der Glasscheibe
s₁-s₃: Segmentlängen
g: Schwerefeld der Erde
F: Kraft
M: Biegemoment

Claims

Verfahren zum Umformen einer Glasscheibe (1), bei dem die Glasscheibe (1) zunächst erhitzt und dann gebogen wird, bis sie eine Form erreicht, die einer vorgegebenen Sollkontur (k_s) entspricht, wobei zum Biegen der Glasscheibe (1) durch äußere Kräfte auf die Glasscheibe (1) eingewirkt wird, die sich beschränken auf (a) durch ein Eigengewicht der Glasscheibe (1) verursachte Gewichtskräfte und/oder (b) durch Stützen (4), auf denen die Glasscheibe (1) aufliegt, in dort aufliegende Oberflächenbereiche der Glasscheibe (1) eingetragene Kräfte und/oder (c) durch Halterungen (6), in die ein Rand der Glasscheibe (1) eingespannt ist, am Rand der Glasscheibe (1) in die Glasscheibe (1) eingetragene Kräfte und/oder (d) durch eine oder mehrere Druckleisten (3) in eine Oberfläche der Glasscheibe (1) eingetragene Druckkräfte, wobei in jedem konkaven Teilbereich der Oberfläche höchstens eine Druckleiste (3) verwendet wird, wobei eine zeitliche Änderung einer lokalen Krümmung der Glasscheibe (1) so gesteuert wird, dass die Oberfläche der Glasscheibe (1) die Sollkontur an allen Stellen der Oberfläche, die nicht unbewegt bleiben, gleichzeitig erreicht, indem eine Temperatur und damit eine Viskosität der Glasscheibe (1) während des Biegens ortsabhängig nicht konstant eingestellt wird und/oder die durch die Halterungen (6) eingetragenen Kräfte und/oder die durch die eine oder mehreren Druckleisten (3) eingetragenen Druckkräfte dafür passend eingestellt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Temperatur der Glasscheibe (1) und/oder eine Verformung der Glasscheibe (1) überwacht wird und basierend auf der Temperatur und/oder der Verformung der Glasscheibe (1) die Temperatur und damit die Viskosität der Glasscheibe (1) während des Biegens ortsabhängig geregelt und/oder die durch die Halterungen (6) eingetragenen Kräfte und/oder die durch die eine oder mehreren Druckleisten (3) eingetragenen Druckkräfte geregelt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sollkontur (s_k) durch eine oder mehrere Zielauflagen (5) eines Biegewerkzeugs vorgegeben wird und die Glasscheibe (1) die Zielauflagen (5) erst am Ende des Biegens gleichzeitig berührt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die durch die Halterungen (6) eingetragenen Kräfte Zugkräfte und/oder Drehmomente sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Glasscheibe (1) mittels eines Lasers erhitzt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur der Glasscheibe (1) lokal entlang einer ersten Ausdehnungsrichtung der Glasscheibe (1) ortsabhängig variiert wird und in einer orthogonal zu der ersten Ausdehnungsrichtung verlaufenden zweiten Ausdehnungsrichtung ortsabhängig konstant eingestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Temperatur der Glasscheibe entlang der ersten Ausdehnungsrichtung abschnittsweise konstant eingestellt wird, so dass sich streifenförmige äquitherme Abschnitte (a, b, c, d, e) ergeben.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Temperatur eines ersten Abschnitts der Glasscheibe (1), in den eine Krümmung eingebracht wird, sich von einer zweiten Temperatur eines zweiten Abschnitts der Glasscheibe (1), in den eine Krümmung eingebracht wird, während des Biegens um zwischen 10 Kelvin und 30 Kelvin unterscheidet.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur der Glasscheibe (1) in Bereichen, in die eine Krümmung eingebracht wird oder in denen eine Krümmung verändert wird, während des Biegens thermographisch überwacht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sollkontur (s_k) einen Bereich aufweist, der eine Kreissegmentform oder eine quadratische Parabelform aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Seitenlänge der Glasscheibe (1) 1,7 m oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Doppelscheibe, wobei eine erste Glasscheibe (1s) und eine zweite Glasscheibe (1t) separat jeweils durch ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gebogen werden und die erste (1s) und die zweite Glasscheibe (1t) anschließend flächig übereinander angeordnet werden, wobei zwischen der ersten (1s) und der zweiten Glasscheibe (1t) ein Isolierspalt verbleibt.
Verfahren zur Herstellung einer Parabolrinne, wobei eine Mehrzahl Glasscheiben (1q, 1r) separat jeweils nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in eine Parabelform gebogen werden und die gebogenen Glasscheiben (1q, 1r) an dadurch gebogenen Kanten aneinandergelegt werden.