_ Vakuum-Isolierglas ist kein Massenprodukt, sondern ein Hochleistungswerkstoff, an dessen Optik hohe Anforderungen gestellt werden. Ein wichtiges Kriterium ist dabei die Gewährleistung einer extremen Planität. Soll VIG im Objektbau eingesetzt werden, sind die Anforderungen zudem meist höher als normativ (z. B. durch die EN 12150) verlangt. Die VIG-Herstellung ist mit hohen Temperaturen verbunden, sodass bei ESG-Scheiben die Gefahr des Abbaus der Oberflächenspannung besteht. Um dem vorzubeugen, lässt sich das Glas „überhärten“.
Erhöhte Oberflächenspannung als Herausforderung
Die Oberflächenspannung beträgt bei herkömmlich vorgespanntem Glas rund 69 bis 90 MPa. Um den Spannungsabbau während der VIG-Fertigung auszugleichen, muss das Glas bis zu 130 bis 140 MPa vorgespannt werden. Hierfür gibt es zwei Möglichkeiten: entweder durch erhöhten Luftdruck beim Abschrecken im Vorspannofen oder durch Überhitzen des Glases im Ofen oder durch eine Kombination aus beiden.
Um den Druck in der Abschreckkammer zu erhöhen, müssen die Gebläse entsprechend ausgelegt werden, was einerseits eine Steigerung von Kosten und Energieverbrauch zur Folge hat, andererseits eine optimale Planität gewährleistet.
Eine Steigerung der Glastemperatur führt zu erhöhter Oberflächenspannung, leider nimmt dabei auch die Kurzwelligkeit zu. Um den durch die leistungsstärkeren Gebläse verursachten erhöhten Strombedarf zu vermeiden, wurde von den Glassrobots-Entwicklern der Düsenaufbau analysiert und die Leistung in einer Computersimulation zugunsten des Drucks optimiert. Mit nur geringfügig höherer Stromleistung des Motors konnten 140 MPa erreicht werden.
Um den Vorspannprozess so zu optimieren, dass eine hohe Oberflächenspannung bei gleichzeitiger Planität erzielt werden kann, ist eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Ofen Voraussetzung. Mit der Vollkonvektion lassen sich laut Glassrobots folgende Vorteile erreichen:
- Die Ofentemperatur kann deutlich unter 690 °C gesenkt werden, sodass die Temperatur des Rollenbetts so niedrig wie möglich gehalten werden kann. Dadurch wird der Wärmeschock reduziert und eine übermäßige Wärmeleitung im Rollenbett eliminiert.
- Um die konduktive Erwärmung an der Glasunterseite zu Beginn des Aufheizens auszugleichen, erfolgt eine verstärkte Konvektion von oben.
- Um eine optimale Planität zu erzielen besteht die Möglichkeit, die Heizleistung während des gesamten Erwärmungszyklus entsprechend auszugleichen. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, wird die Leistung der oberen und unteren Heizelemente ständig angepasst.
- In Bezug auf größere und dünnere Scheiben ist die Profilierung in Querrichtung ein Muss. Da Glastemperatur und Temperaturverlauf während des Erwärmungszyklus variieren, muss man das Erwärmungsprofil während des gesamten Prozesses regeln. Mit Hinblick auf optimale Reaktionszeit und Präzision erfolgte die Profilierung mit automatischer Fuzzy-Logic-Regelung.
Auch auf den Antrieb kommt es an
Welligkeit im Glas entsteht, wenn das aufgeheizte Glas bei hohen Temperaturen am Ende der Aufheizphase über die Rollen läuft. Bei Temperaturen über 600 °C ist das Glas weich und leicht verbiegbar. Die Qualität kann zusätzlich durch falschen Antrieb beeinträchtig werden. Deshalb muss ein Antrieb gewählt werden, der kein Rutschen verursacht. Inverterbasierte Geschwindigkeitsregelung in Verbindung mit Zahnriemenantrieb ist zwar eine kostenintensive Lösung, bietet aber den Vorteil, dass die Rollen immer synchron laufen, sodass kein Rutschen verursacht wird. Dadurch würden laut Glassrobots nicht nur die Welligkeit der Scheibe, sondern auch andere Oberflächenmängel, z. B. Kratzer, eliminiert.
Ein weiteres Augenmerk legten die Entwickler auf den Moment, wenn das Glas zum letzten Mal im Ofen stoppt, bevor es in die Abschreckkammer fährt. Eine Erwärmung mittels Konvektion erfolge dabei doppelt so schnell wie Erwärmung bei unterstützter Teilkonvektion, besonders wenn die Konvektion von oben und unten verstärkt wird, um das Glas so schnell wie möglich zu erhitzen. Geht man vom Viskositätsverhalten von Glas bei Temperaturen über 600 °C aus wird deutlich, dass die Oberflächenqualität besser wird, je niedriger die Temperatur des Glases beim letzten Stopp ist, bevor es in die Abschreckkammer fährt.
Ein Glassrobots-Ofen, der alle genannten Anforderungen erfüllt, wurde für die Beijing Synergy Vacuum Glazing Technology Company entwickelt und ist dort in Betrieb. Die chinesische Firma hat sich auf die industrielle Produktion von Vakuumglas spezialisiert. Der Ofen ist geeignet für Scheiben bis zu 2540 x 6400 mm Größe und 3 bis 19 mm Dicke, inklusive Low-E-Gläser.
Aufbau einer VIG-Einheit: Hier reicht ein SZR von 0,15 – 0,20 mmaus. Aufgrund des Vakuums empfiehlt es sich, vorgespannte Gläser mit hoher Planität einzusetzen.
Präzise Temperaturprofilierung ist Voraussetzung für eine optimale Flachheit von großen, dünnen Scheiben.