专利名称：成形玻璃和/或玻璃陶瓷的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种成形玻璃和/或玻璃陶瓷的方法和装置，具体地说涉及利用短波红外辐射成形用于加工玻璃陶瓷的原料玻璃的方法和装置。
背景技术：
在DE 19938808 A1、DE 19938807 A和DE 19938811 A1中详细地描述了这类加热和/或成形方法。其最终目标产品是三维成形物体，例如用于厨房的烘烤模具、清洗槽或排油烟罩。在所述方法中例如用平板玻璃制造所述类型的三维成形物体。其成形程度如通过整个三维物体的截面图上所看到那样随该三维物体形状变化的大小而变。一个实例是烘烤模具，该模具有一个烘烤腔，该腔有一个带有底部区域、倾斜的周围壁及平轮辋区域的轮廓。在底部与周围壁之间以及在周围壁与平轮辋区域之间的成形度(degree of forming)相对较高。
DE 19938811 A1描述了一种借助成形工艺由玻璃陶瓷模制的坯料制造玻璃陶瓷部件的装置。在该文件中，设计空心的辐射腔的空腔壁以使这些壁反射远红外辐射，在专利文献DE 19938808 A1、EP 0133847 B1和US4789771A1所公开的装置上也采用了相同方法。
另外，为了成形玻璃，用钢模具例如用RGM17制成的模具是公知的，这类材料适合于或在模具外侧加热、或用常规的辐射加热(例如Kanthal元件)或玻璃火焰加热来加热玻璃。如果要加热位于模具上的玻璃就得用短波红外辐射，对于短波红外辐射而言，因大部分玻璃是透明的，所以入射的辐射大部分穿过玻璃后到达钢模具，因为钢的反射率低，所以能吸收相当部分的入射的辐射能量，结果模具变得很热，这将使玻璃很快地粘附到模具上，在随后加热时将引起模具氧化(产生氧化皮)，因此由钢构成的模具不适合于利用短波红外辐射加热的模制过程。
发明内容
本发明的目的是提供一种本说明书开始提到的那类方法和装置，在这种方法和装置中可以利用短波红外幅射对模具中加热并成形由玻璃或玻璃陶瓷构成的物体，而不会导致该物体粘附在模具上和/或使模具产生氧化皮。
本发明的所述目的是通过独立权利要求所述的技术特征实现的。
可以考虑用具有高反射率的适合的金属例如抛光的铝材作模具材料。当然，也可以用例如涂覆具有合适的高反射率的材料的铜等其它金属，使所述涂层构成成形面。该涂层的反射率应大于80％，90％比较好，而95％最好。用这种方式可以防止上面提到过的、因过热严重引起的、由玻璃或玻璃陶瓷构成的物体粘附到模具上和使模具产生氧化皮等缺点。
按照本发明，对用于成形目标产品的模具材料进行相应设计，使所述材料具有高亮度系数和/或高反射率。上述现有技术，特别是专利文件DE19938811 A1中披露了不同的方法，在该专利文件中，不是成形模的壁起反射作用，而是空心的辐射腔壁起反射作用。
对很多应用场合可以考虑由铝或铜制成模具。可以用金作为涂层材料，可以通过电镀或通过蒸气沉积将金涂覆到基底上，还可以对成形面抛光。
原则上还可以用优选具有高于90％、最好高于95％的高亮度系数的石英玻璃制成模具。这类陶瓷模具的缺点是需要很高的成本才能制得非常光滑的三维形状的表面，而且如用现有的金属处理方法没有一种情况可达到预期的质量。
优选的是选择具有高导热率(＞50W/mK，特别优选的是＞100W/mK)作为模具的材料，这样一来，因为模具的温度分布非常均匀，且因为不同表面的辐射强度不同不可能出现太热或太冷的点。出于这种考虑，适合的材料例如是铜或铝。
特别在有涂层的模具的情况下，冷却是非常必要的，若不进行冷却，模具的温度将上升到使涂层损坏的值(虽然由于反射率高而不会立刻损坏，但作为缓慢的、长时间的和/或频繁的加热循环的结果仍可能引起损坏)。另外，基底材料的材料性能限制了模具的允许温度，致使即使是无涂层的模具也需要冷却。最好用水对模具进行冷却。在所述工艺中，调整后模具的温度不能下降到材料的因变值(material-dependent value)以下，否则将再也不能达到为使处于模具上的玻璃成形所需的温度。为了达到这个温度，按照本发明，将冷却装置和模具作为二个分开的结构部件，在这两个部件之间可以用一个附加的构件作为规定的加热电阻，使用这种方式可以建立所希望的模具温度，同时使冷却装置具有接近室温的温度。
冷却模具时，可能出现下面的问题相对冷的模具从待成形的物体吸收热量，这可能导致所述玻璃的温度处在成形所需要的温度以下。例如将平玻璃板成形为烘烤壳体时，这是很严重的缺点。将所述平板放置在模具上，使该板的周边区域与模具接触，与此同时玻璃板的内部区域却不与模具接触。结果，在接触区域的玻璃与在所述内部区域内的玻璃之间产生温度梯度。这样在玻璃板的转变区仍没有达到所需的温度，因此不可能精确地按照使用的模具成形玻璃板。
按照本发明的另一方面，采取一些措施，以便在所述物体(2)的成形程度高的区域使所述模具(1)对该物体的局部放热最小，也可解决所述问题。
采取所述措施对模具不分开冷却的情况是有利的，否则可能在模具的某些点上引起待成形材料的局部放热。
这些措施可以用不同的方式实现。最简单的措施是在成形度高的区域提供具有凹槽的模具，以使在这个区域上在成形表面与朝向该表面的待成形物体的表面之间不接触。结果将不发生放热。而所述待成形的物体的温度可达到成形所需要的值。
也可以采用其它的措施，例如对模具的冷却进行设计，使成形度高的直接受影响的区域较少冷却或完全不冷却，从而，只有较少热量或根本没有热量从待成形物体的这些区域放出。
下面结合附图详细说明本发明。附图中图1是本发明装置的垂直剖面示意图；图2至6是制造烘烤壳体过程中成形方法的流程图。
具体实施例方式
图1中示出了用于制造烘烤壳体的模具1的细节。模具1具有一包括本例中呈现出的水平走向的底面1.1的成形表面、一侧面1.2和一支承面1.3。本例中的模具1由反射率为90％的金属制成，并且导热率很高。这样做的优点是在模具上温度分布均匀，这对保证待制造的产品质量是有利的。
将玻璃板2放置在模具1上，玻璃板2具有与顶视图中的模具1精确相同的矩形形状，玻璃板2借助它的周边区域搁置在模具1的支承面1.3上。
加热器3是一个重要元件，它包括一个具有2500K色温的短波红外辐射器件。玻璃板2的厚度为3.7mm，宽度为250mm，它与加热器3的辐射发射器相距55mm，与模具1的底面1.1的距离是25mm。玻璃板的中心区域被防辐射的石英板4遮住，这样可以防止玻璃变得太软，太软可能导致形成所谓的凹陷。
对模具1进行冷却。为此目的，将模具放置在冷却装置5上。该冷却装置5包括一个水能流过的壳体。模具1非连续接触地(unconnected)放置在冷却装置5上，用这种方式传热相当小。
此外，所述模具还有一些开在成形面1.1、1.2、1.3上的抽吸孔(未示出)，通过这些抽吸孔可保持真空，以使由加热装置3软化的玻璃板被吸引在该成形面上。
加工开始时，以600℃的初始温度加热所述玻璃板2，将模具1加热到250℃。在冷却装置5中流动的是室温的冷却水。辐射发射器的功率是50KW。当玻璃板2的侧面1.2与支承面1.3之间的弯曲边缘区的温度达到高于800℃的值时，通过上述抽吸孔对其抽真空。
图2至6是图1所示的玻璃板2的成形方法的各步骤的流程图。
在图2中可以特别清楚地看到重要的细节。图中示出了所述底面1.1、侧面1.2和支承面1.3。仍对所述支承面1.3进行加工，具体地说，使其具有一达到模具1的周围、形成降低的面1.4的糟。在将玻璃板2放置在模具1和/或放置在支承面1.3上后，在玻璃板2的所述降低的面1.4与较低的表面之间有一个敞开的中间空间。这意味着在这个区域玻璃板2与模具1之间不接触，因此，没有热从玻璃板2放出。玻璃板2可保持从加热装置3得到的必需的温度。此温度可达到用于成形所必需的值。
图3表示玻璃板软化和在其中心区域由其自身重量引起的某些下凹的情况。
图4表示除本身的重量效应之外还通过所述吸入孔施加的吸力的情况。
图5表示一后续步骤。
在图6中几乎已达到目标状态。所述玻璃板2几乎完全置于模具1的成形面上。
在一个具体的实施方式中，在支承面1.3与降低的面1.4的垂直距离为1mm，当然，更小或更大的值例如0.5至7mm是显而易见的。
所述降低的面1.4的、沿水平方向测量的长度值为几毫米，优选该降低面的长度是5至20mm，最好是10到15mm。
权利要求
1.一种为了制造三维目标产品而成形由玻璃或玻璃陶瓷构成的物体(2)的方法，包括下述步骤1.1将所述物体(2)放置在成形模具(1)上并用短波红外辐射(3)对该物体进行加热；1.2选择具有高亮度系数或高反射率的材料作为所述模具(1)的材料；1.3冷却所述模具(1)。
2.一种为了制造三维目标产品而成形由玻璃或玻璃陶瓷构成的物体(2)的方法，包括下述步骤2.1将所述物体(2)放置在成形模具(1)上并用短波红外辐射(3)对该物体进行加热；2.2选择具有高亮度系数或高反射率的材料作为所述模具(1)的材料；2.3采取一些措施，以使所述模具(1)对所述物体(2)的局部放热在该物体的成形程度高的区域最小。
3.一种为了制造三维目标产品而成形由玻璃或玻璃陶瓷构成的物体(2)的装置，具有下述特征3.1一成形加工模具(1)；3.2一用于加热所述物体(2)的短波红外加热装置；3.3所述模具(1)的材料至少在成形面的区域内具有高亮度系数或高反射率；3.4所述模具(1)配备有一冷却装置(5)。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述模具(1)放置在优选是水的冷却介质流过的并分开的冷却装置(5)上。
5.一种为了制造三维目标产品而成形由玻璃或玻璃陶瓷构成的物体(2)的装置，具有下述特征5.1一成形加工模具(1)；5.2一用于加热所述物体(2)的短波红外加热装置；5.3所述模具(1)的材料至少在成形面的区域上具有高亮度系数或高反射率；5.4多个使所述模具(1)对所述物体(2)的局部放热在该物体的成形程度高的区域最小的机构。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述模具(1)在物体(2)的成形度高的区域就放热而言是隔离的。
7.如权利要求3至6中任一项所述的装置，其特征在于所述模具(1)的成形面由金属涂层构成。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述模具(1)由金属构成。
9.如权利要求3至8中任一项所述的装置，其特征在于所述成形面的反射率是80％，优选至少为90％。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于至少所述模具的成形表面由石英玻璃构成。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于所述石英玻璃的亮度系数至少是90％，优选95％。
12.如权利要求3至11中任一项所述的装置，其特征在于所述模具在承载物体(2)的支承面(1.3)与设置在该支承面内侧并倾斜地朝向该支承面的侧面(1.2)之间有一凹槽，该凹槽的底部由一降低的面(1.4)构成。
全文摘要
本发明公开了一种用于制造三维目标产品而成形由玻璃或陶瓷构成的物体(2)的方法和装置，其中采用短波红外辐射并用一个用于成形由玻璃或陶瓷构成的三维物体的模具。按照本发明，所述模具由具有高亮度系数或高反射率的材料制成，并对其进行冷却。
文档编号C03B23/02GK1511116SQ02807908
公开日2004年7月7日 申请日期2002年4月9日 优先权日2001年4月11日
发明者乌尔里克·福瑟林汉姆, 豪克·埃斯曼, 伯恩德·霍普, 安德烈亚斯·赫希, 德克·韦德曼, 索拉尔夫·约翰森, 霍普, 乌尔里克 福瑟林汉姆, 亚斯 赫希, 埃斯曼, 夫 约翰森, 韦德曼 申请人:舱壁玻璃公司