_ Was passiert beim herkömmlichen Härten von Glas? Beim thermischen Vorspannprozess wird das Glas auf etwa 100 °C über die Transformationstemperatur (Tg) erwärmt und dann von der Oberfläche her rasch abgekühlt. Dabei wird eine Spannung im Glas aufgebaut. Denn infolge des raschen Wärmeentzugs und der niedrigen Wärmeleitfähigkeit des Glases, kühlt sich die Glasoberfläche zunächst erheblich rascher ab als der Kern der Scheibe. Der Kern befindet sich dabei noch in niedrigviskosem Zustand.
Der Spannungsaufbau beginnt praktisch erst dann, wenn das Glas im Kern die Transformationstemperatur unterschreitet und damit vom fließfähigen Zustand, der den Aufbau von Spannung nicht zulässt, in den festen Zustand übergeht. Von hier ab ist die Temperatur, die bis zum Ende des Abkühlvorgangs durchlaufen wird, im Kern größer als in den oberflächennahen Schichten, sodass sich im noch heißeren Kern Spannungen abbauen können, während die Spannungen in der Oberfläche durch bereits erfolgte Abkühlung unter die Transformationstemperatur eingefroren sind.
Je schneller die Abkühlung erfolgt, sich also die äußeren Zonen des Glases verfestigt haben, der Kern sich aber noch im viskosen Zustand befindet, desto höher ist die erzielbare Vorspannung. Dies zu erreichen ist besonders schwierig bei dünnem Glas.
Anblasen zum Kühlen ist nicht optimal
Nach dem aktuellen Stand der Technik wird Flachglas zur thermischen Vorspannung durch Anblasen mit Luft abgekühlt.
Allerdings ist Luft ein schlechter Wärmeleiter, sodass hohe Anblasgeschwindigkeiten erforderlich sind. Das bedeutet eine hohe kinetische Energie, die der Luft über Ventilatoren zugeführt werden muss.
Der Energieaufwand steigt mit der 3. Potenz der Luftgeschwindigkeit und so ist für dünne Gläser, wie sie jetzt zunehmend gefordert werden, eine hohe Ventilatorenleistung erforderlich, die im Moment der Abkühlung zur Verfügung stehen muss.
Neuer Ansatz mittels Kontaktkühlung
Auf welche Weise dem Glas die Wärme entzogen wird, ist letztlich ohne Belang; die maßgebende Größe ist nur die Wärmeübergangszahl zwischen Glasoberfläche und dem Kühlmedium.
Bei dem Verfahren der Kontaktkühlung erfolgt das Abschrecken des Glases durch Wärmeleitung. Das Glas wird mit wärmeleitenden Kühlplatten berührt und so abgeschreckt. Auch das Härten von 2 mm Glas ist möglich.
Die Wärme wird also zunächst in den Kühlplatten gespeichert und dann langsam aus diesen durch Wärmeleitung mit einer Kühlflüssigkeit, durch Wärmestrahlung oder durch Konvektion mithilfe von Kühlkörpern entfernt. So ist der Energieaufwand bei der Kontaktkühlung gering.
Aufbau der Anlage
Das hier vorgestellte Anlagenkonzept besteht aus einem Band von Kühlplatten, die das Glas in die Anlage transportieren und zugleich kühlen.
Hierbei ergeben sich durch die Kontaktkühlung eine Reihe von Vorteilen: So lässt sich viel Energie für die Kühlung einsparen, da kein aufwendiges Düsensystem notwendig ist, das zudem viel Platz in der Fertigung in Anspruch nimmt. Gleichzeitig entfallen ohne das Düsensystem die störenden Düsengeräusche, wodurch wiederum keine kostenaufwendige Schallisolierung in der Halle bzw. zu den Nachbargebäuden notwendig wird. Weiter entstehen keine Polarisationsfelder, die durch Düsen verursacht werden
Das Glas selbst erfährt die gleiche Abkühlung beider Flächen, was wiederum zu einer gleichmäßigen Abkühlung der gesamten Glasfläche führt.
Insgesamt wird durch das neue Verfahren des Glashärtens mittels Kontaktkühlung der Aufwand für die Verarbeitung bedeutend geringer als durch die Abkühlung mit Luft.
Die Firma A. Bunnenberg, Düsseldorf, arbeitet aktuell an einem Prototypen der ESG-Härteanlage für Scheiben der Größe 1500 x 500 mm. Denn mit diesem Maß seien die Größen abgedeckt, die am meisten benötigt werden. Mit dieser „kleinen“ Anlage könnte wiederum eine Härteanlage für viele Glasverarbeiter erschwinglich werden. —
Vorteile der Kontaktkühlung im Überblick
- kein aufwendiges Düsensystem nötig
- keine störenden Düsengeräusche
- keine Schallisolierung nötig
- gleichmäßige Abkühlung beider Glasflächen
- keine störenden Transportrollenabdrücke
- keine Polarisationsfelder durch Düsen
- härten von 2 mm Glas möglich
- große Energieeinsparung möglich