专利名称：用于处理玻璃部件的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的、用于处理玻璃部件的设备。
背景技术：
在本公开的范围内，概念“处理”应理解成，“处理”包括“分割”、“变 形”或 “接合”玻璃(例如熔化各部分或对各区域加热和降温)。用于熔化玻璃坯件的方法对于本领域技术人员来说是已知的。在已知的方法中，在接合时原则上玻璃坯件必须旋转，以便通过产生的离心力 防止软的玻璃在熔化过程期间向内塌陷。因此在已知的方法中把待接合的各玻璃坯件夹紧在一个同步机器中并且以熔化 接缝相连接。对于熔化必需的能量通常用燃烧器引入。在具有较小和中等的标称内径的玻璃坯件情况下，燃烧器用天然气和氧气运 行。在具有大的标称内径的玻璃坯件情况下，燃烧器用天然气或氧气和氢气运行。在具 有中等标称内径的玻璃坯件情况下，天然气_氧气混合物也可以以高频组合。已知的方法具有这样的缺点，即它们仅仅适合于直到一定的最大标称内径的玻 璃坯件，因为该玻璃坯件仅能以一定的最大转速旋转并且在大的标称内径时的均勻加热 要求以比该最大转速高的转速旋转。迄今为止在工业上应用的方法具有以下缺点——由于开放的火焰而差的能量利用——由此长的直至很长的工艺时间是必需的——由于不能精确重现的加热和降温阶段而提高的断裂风险——对于人、机器和环境来说高的平均热负荷——由于UV-/IR-射线的健康负荷——由于通过冷凝而形成“水表面”的质量损失，由此产生提高的断裂风险——由于在玻璃中不均勻的热量引入而在熔化接缝中的质量损失——由于热量作用在玻璃中的高的热应力——通过由于气体流动速度而高的和长时间的热负荷和机械负荷而引起的在机 器、装置和燃烧器上的磨损——由于从管道和燃烧器的金属去除而引起的在熔化接缝中的污物——借助高频熔化的能量引入由于变差的能量利用度迄今为止仅适合于小的直
到中等的壁厚。在纯粹的研究项目范围内，借助CO2激光使由硼硅酸盐玻璃3.3和AR玻璃制成 的、标称内径达70mm的玻璃件熔化。在这里为了熔化，将激光射束从外部引导到玻璃 表面上。激光射束静止地对准于一个点。待处理的玻璃件相应快速地旋转，以便实现在 玻璃中的均勻的热量引入。
在熔化直径较大(并且因而壁厚也较大)的玻璃坯件时，旋转的玻璃体的相对缓 慢的圆周速度(例如以大约20转/分的最大转速处理标称内径为1000mm的玻璃坯件) 不再足以实现在固定的激光射束时到玻璃体中的必需的均勻的热量引入。
发明内容
因此本发明的目的在于，给出一种用于处理标称内径和壁厚大的玻璃部件的设 备或方法。本发明的目的利用一种具有独立权利要求的特征的设备或方法实现。本发明的 有利的设计方案在从属权利要求中给出。按照本发明，使射线引导装置以高的转速旋转，并且将辐射能量从侧向导出。 这具有这样的优点，即将能量以高的频率而没有大的暂停地引入待处理的玻璃部件的各 相同的区域中，由此确保均勻的加热。按照一种优选的实施方式，射线引导装置设置在待处理的玻璃部件内部并且使 辐射能量向外转向。按照另一种实施方式也可想到，射线引导装置设置在待处理的玻璃 部件外部并且使辐射能量向内转向。按照一种优选的实施方式，射线引导装置在一侧支承。按照本发明的另一实施 方式也可想到，射线引导装置在两侧支承。按照本发明的一种实施方式，用于熔化玻璃壁厚或标称内径较大的玻璃部件的 辐射能量(例如激光射束)被从侧向导入旋转的玻璃部件中。在此，辐射能量(激光射束)的引导管包括其集成的射线转向装置(例如通过镜 子转向系统)能以很高的速度旋转(例如以量级为1000转/分的转速)，以便快速而均勻 地产生到玻璃体中的必需的能量引入。按照本发明待处理的玻璃部件或玻璃坯件特别是生玻璃部件、优选由石英玻璃 或硼硅酸盐玻璃、特别是优选DN15至DN1000的硼硅酸盐玻璃3.3制成的生玻璃部件。按照本发明待处理的玻璃部件或玻璃坯件典型地具有在约2.2mm至约18mm范 围内的壁厚。显然，按照本发明待处理的玻璃部件或坯件通常在较大的标称内径时具有 较大的壁厚、而在较小的标称内径时具有较小的壁厚。按照本发明，壁厚也可以在所述优选的范围之外。按照本发明，也可以处理标称内径很大、例如标称内径在150至1500mm范围内 的玻璃部件。根据所使用的固定装置的容纳能力，也可处理标称内径更大的玻璃部件。标称内径的下限取决于所使用的用于处理玻璃部件的设备的型式。在包括一设 置在至少一个玻璃部件内部的光线引导装置的实施方式中，标称内径必须至少略微大于 光线引导装置的外径。标称内径的上限取决于在所使用的用于处理玻璃部件的设备中存在的固定装置 及其用于待处理的玻璃部件或玻璃坯件的夹紧装置的尺寸。按照本发明的一种实施方式，用于 处理玻璃部件的设备包括用于固定至少一 个待处理的玻璃部件的固定装置；用于将辐射能量引导到待处理的玻璃部件的至少一个 区域中的射线引导装置；支承装置，射线引导装置能绕一轴线转动地支承在该支承装置 中；和用于使射线引导装置绕一轴线以一转速(n3)旋转的驱动装置。
按照本发明，射线引导装置可设置和构造成使得辐射能量被从待处理的玻璃部 件内部的区域向玻璃部件引导。在处理一个玻璃部件时，该玻璃部件例如可以在一侧支承并且射线引导装置在 相对的一侧支承。在处理两个玻璃部件时，这两个玻璃部件例如可以在相对的两侧支承 并且射线引导装置可在这两侧之一或者在两侧优选与之同心地支承。按照本发明，固定装置可具有一个用于夹紧一个待处理的玻璃部件的夹紧装置 和一个用于使该玻璃部件绕一轴线以一转速(nl)旋转的驱动装置。按照本发明，固定装置可具有另一个用于夹紧另一个待处理的玻璃部件的夹紧 装置和一个用于使该另一个玻璃部件绕一轴线以一转速(n2)旋转的驱动装置。按照本发明，所述装置可包括一个同步机器。按照本发明，射线引导装置具有用于引导辐射能量(激光射束)的引导管，辐 射 能量(激光射束)被耦合输入(einkoppeln)到该引导管中。按照本发明，射线引导装置可具有射线转向装置，优选包括镜子，该射线转向 装置构造成使得辐射能量被基本上垂直于射线引导装置的旋转轴线地从射线引导装置朝 向待处理的玻璃部件引导。在此，射线引导装置可具有用于调整射线转向装置的调整装置。该调整装置可设计和构造成，使得它一方面能给定射线转向装置的固定的位 置。替代地或者附加地，调整装置也可具有驱动装置，以使射线转向装置运动，以便例 如对待处理的玻璃部件的较宽的区域施加能量，例如用于对较宽的区域加热或降温。射 线转向装置的运动频率优选应明显小于射线引导装置旋转所用的转速n3、但是也可处于 相同的量级或者更大。按照本发明，射线转向装置构造成使得辐射能量被射线转向装置转向所用的角 度是能设定和/或调整的。在射线转向装置具有镜子的实施方式中，镜子可以是能绕一 轴线转动地可调节或调整的。这具有这样的优点，即辐射能量可对准于应被处理的玻璃 坯件的区域。在较宽的区域时，可进行连续的调整，以便实现对部分区域的反复加载。按照本发明，所述设备可具有用于沿着射线引导装置的旋转轴线(X方向)相对 于玻璃部件调整射线引导装置的调整装置，该调整装置优选具有控制装置，该控制装置 设计和构造成使得在至少两个位置之间实现均勻地调整射线引导装置，调整的频率优选 明显小于射线引导装置旋转所用的转速(n3)并且优选明显大于玻璃部件旋转所用的转速 (nl、n2)。借助调整装置可实现，射线引导装置能将能量引入玻璃部件的确定宽度的区域 中，其中这些区域的各个部位以规则的间隔获得辐射能量，例如由于射线引导装置沿着 其旋转轴线(X方向)的来回平移运动。出于结构设计的原因，该来回平移运动的频率优 选小于射线引导装置旋转所用的转速n3。但也可想到，该平移运动的频率处于射线引导 装置旋转所用的转速n3的量级或者更大。当应对玻璃部件的宽的区域施加能量时，要注 意，射线引导装置和玻璃部件(们)之间的相对转速(n3+nl或n2或者n3-nl或n2)不这 样选择，即，使得产生被加热的部位的图案，例如当相对转速刚好是平移运动的频率的 多倍时。相同的考虑适用于射线转向装置在处理玻璃部件(们)时被调整的实施方式。 射线转向装置的调整的组合和设置在射线引导装置与玻璃部件(们)之间的相对运动也是可想到的。另一方面也可希望的是，有意地将能量仅仅引入倾斜延伸的部位中，例如在两 个待连接的玻璃部件之间的倾斜的切棱时或者在倾斜延伸的变形区域时。在这种情况 下，相对转速可刚好调节到平移运动的频率的多倍或者刚好等于该频率。代替在射线引导装置和玻璃部件(们)之间的相对的平移运动，也可想到，射线 引导装置的射线转向装置构造成能调整的。例如，镜子的位置可这样改变，使得射线方 向能在确定的范围内改变。镜子位置的调整便可如上面参照在射线引导装置和玻璃部件 (们)之间的相对位置所述的那样进行，使得待处理的玻璃部件(们)的确定的区域或者 倾斜延伸的部位被反复地施加能量。按照本发明的一种实施方式，用于处理玻璃部件的方法包括以下步骤a)使至 少一个玻璃部件以一转速(nl)旋转，并且b)用射线引导装置将辐射能量引导到玻璃部件 的至少一个区域中，其中，辐射能量沿着旋转的玻璃部件的旋转轴线被导入由玻璃部件 包围的区域中并被向外转向。按照本发明，射线引导装置可以以一转速(n3)旋转。 按照本发明，各玻璃部件在运行时旋转所用的转速(nl、n2)大小相等，其中最 大的转速(nl、n2)例如在标称内径为1000mm的玻璃坯件情况下约为20转/分。按照本发明，射线引导装置的转动方向可以与玻璃部件(们)的转动方向相反。 这具有这样的优点，即在射线引导装置和玻璃部件(们)之间实现尽可能高的相对转速， 由此能量可以更均勻地引入玻璃部件(们)的所希望的区域中。按照本发明，射线引导装置在运行时旋转所用的转速(n3)可以大于100转/ 分、优选大于250转/分、进一步优选大于500转/分、更优选大于750转/分、特别是 优选约1000转/分。当然，根据应用情况的不同，也可使用更低或者更高的转速。按照本发明，玻璃部件可以是标称内径至少为150mm、优选至少为200mm、进 一步优选至少为225mm、进一步优选至少为300mm、进一步优选至少为400mm、进一步 优选至少为450mm、进一步优选至少为600mm、进一步优选至少为800mm、更优选为约 1000mm的玻璃坯件。如果相应大的固定装置或同步机器是可用的，则更大的标称内径 也是可想到的。按照本发明，玻璃部件可以是壁厚至少为1.5mm、优选至少为1.8mm、进一步 优选至少为2.0mm、更优选至少为2.2mm的玻璃坯件。本发明对于更大的壁厚是特别有 利的，在更大的壁厚时传统的方法或装置不再能使用或者说达到其限度。壁厚特别是在 约IOmm或者更大的范围内。按照本发明，玻璃部件可以是壁厚最大为25mm、优选最大为22mm、进一步优 选最大为20mm、更优选最大为18mm的玻璃坯件。特别是在具有更大或者大很多的标 称内径的玻璃坯件情况下，相应更大的壁厚也是可以想到的。有利地，在大的壁厚情况 下，更高的射线功率也应是可用的。按照本发明，辐射能量可通过激光器、优选CO2激光器提供。
下面根据在附图中示出的实施例更详细地描述本发明
图1是按照本发明一种实施方式的用于处理玻璃的设备的示意性侧视图。图2是图1中的区域II的示意性局部放大图。图3是射线转向装置的示意性局部放大图，用于阐述图2的实施方式的射线转向 装置的另一构成或进一步构成。
具体实施例方式在各实施例的描述中使用以下附图标记10 玻璃坯件11 玻璃坯件边缘
20 玻璃坯件21 玻璃坯件边缘30射线引导装置31 引导管32 延续部33射线转向装置(例如包括镜子)34 开口35 延续部40激光射束41 激光射束42激光射束50 固定装置51夹紧装置52夹紧装置53驱动装置54驱动装置133射线转向装置(例如包括镜子)135转动轴线141激光射束142激光射束dl 玻璃坯件10的壁厚d2 玻璃坯件20的壁厚nl 玻璃坯件10的转速n2 玻璃坯件20的转速n3射线引导装置30的转速n4射线转向装置(绕轴线135)的转动方向X 射线引导装置30和/或玻璃坯件10、20的直线运动图1示出按照本发明一种实施方式的用于处理玻璃部件的设备的示意图。用于 处理玻璃部件的设备包括一固定装置50，该固定装置具有两个用于夹紧待处理的玻璃部 件的夹紧装置51或52。夹紧装置51能转动地支承并且由一个驱动装置53驱动。夹紧装置52同样能转动地支承并且由一个驱动装置54驱动。在图1所示的实施方式中，固定 装置这样地构成为同步机器，即驱动装置53和54以相同的转速驱动夹紧装置51和52。用于处理玻璃部件的设备还具有一射线引导装置30，该射线引导装置具有能转 动地支承在固定装置50中的第一引导管31。设有一用于驱动引导管31的驱动装置，并 且该驱动装置能可选地集成在驱动装置53中。用于处理玻璃部件的设备示出带有两个玻璃部件，这两个玻璃部件夹紧在夹紧 装置51或52中。在夹紧装置51中夹紧一个玻璃坯件10，而在夹紧装置52中夹紧一个 玻璃坯件20。驱动装置53这样设计，S卩，它能以转速nl驱动夹紧装置51并且因而驱动玻璃 坯件10。相应地，驱动装置54这样设计，S卩，它能以转速n2驱动夹紧装置52并且因而 驱动玻璃坯件20。转速nl和n2优选大小相等，以便能够在区域II内将这两个玻璃坯件接合。
在图2中示意地示出区域II的局部放大视图，两个玻璃坯件10和20在该区域内
接合在一起。玻璃坯件10具有玻璃坯件边缘11，该玻璃坯件边缘应该与玻璃坯件20的玻璃坯 件边缘21相连接。玻璃坯件10具有厚度dl，而玻璃坯件20具有壁厚d2。这两个壁厚dl和d2优 选大小相等，其中按照本发明也可能的是，这两个壁厚改变。玻璃坯件10以转速nl旋 转，以便通过产生的离心力防止软的玻璃在熔化过程期间向内塌陷。玻璃坯件20沿相同 的方向以相等的转速n2出于相同的原因旋转。转速nl和n2相等并且旋转沿相同的方向进行，以便能将这两个玻璃坯件10和 20接合在一起。射线引导装置30具有一引导管31，激光射束40在该引导管内被导向。 引导管31具有开口 34，激光射束可通过该开口沿侧向从引导管中出来。为了使激光射束 转向，设有射线转向装置33，在所示的实施例中带有镜子。在射线转向装置33后面，引 导管具有一短的延续部32。射线引导装置30在一侧能转动地支承在用于玻璃坯件10的夹紧装置51的区域 内并且以转速n3旋转。射线引导装置30优选沿与玻璃坯件10、20的转动方向相反的方向旋转，以便在 玻璃坯件10、20和射线引导装置30之间实现较大的相对转速(=nl+n3代替nl-n3)。 由此得到这样的优点，即待被加热的或熔化的区域被以较高的频率用辐射能量照射，因 此实现较均勻的加热。或者，玻璃坯件和射线引导装置也可沿相同的方向旋转，特别是 当射线装置旋转所用的转速n3明显大于玻璃坯件10或20旋转所用的转速nl或n2时。按照一种仅在图1中示出的实施方式，引导管31可以具有一个长的延续部35， 该延续部相应能转动地支承在用于玻璃坯件20的夹紧装置52的区域内，以便射线引导装 置30在两侧能转动地支承。可选地，在这样的实施方式中，射线引导装置的左侧或右侧 或者两侧可被驱动。激光射束的产生和激光射束到引导管中的耦合输入对于本领域技术人员来说是 已知的。因为具有相应功率的激光相对昂贵，所以优选为多个按照本发明的用于处理玻 璃部件的设备使用一个激光装置。但按照本发明也可为一个用于处理玻璃部件的设备使用一个激光装置。最大的转速nl、n2例如在标称内径为IOOOmm的玻璃坯件情况下在约20转/分 的范围内，而射线引导装置30的引导管31在运行中被以在约1000转/分的范围内的转 速n3驱动，以便快速而均勻地产生到玻璃坯件10、20中的对于处理必需的热量引入。此外，射线引导装置30沿着方向X这样能移动地支承，使得可以使从开口 34出 来的激光射束的精确调整对准于待处理的玻璃坯件的处理区域。按照另一应用，当应该有针对性地将限定的量的能量引入一个玻璃坯件的宽的 带状区域中或两个彼此邻接的玻璃坯件的带状区域中时，射线引导装置也可连续地沿着 X方向执行优选振动的水平运动。这相对于例如用燃烧器引入能量的传统方法具有这样 的优点，即能够更好地控制热量输入的量和热量被引入的区域，由此能实现更快地并且 更有针对性地加热和冷却区域(们)。这在熔化两个彼此邻接的玻璃坯件时是有利的。 同样有利的是，应当使玻璃坯件在加热后变形并且接着重新冷却。替代地或者附加地，射线转向装置也可构造成能绕转动轴线转动的，以便实现 设定和/或调整辐射能量的目标区域。图3示出一射线转向装置133的示意性局部放大 图，用以说明上面结合图1和2说明的射线转向装置的这个替代的构成或者进一步构成。 参阅上述描述并且在下面说明区别。激光射束141入射到镜子上并且被以大约90度朝向 侧面转向(激光射束142)。镜子能绕转动轴线135转动地支承。通过调节确定的角度可 以对待处理的一个或多个玻璃坯件的确定的区域施加辐射能量。在本发明的几个实施方 式中也可想到，射线转向装置构造成这样，即以确定的频率在确定的角度范围内连续地 调整镜子，以便例如对待处理的一个或多个玻璃坯件的较宽的区域施加辐射能量。利用按照本发明的用于处理玻璃部件的设备可以通过在较小的边缘区域内引入 激光能量将例如两个玻璃坯件接合。显然，在研究本文件的情况下对于本领域技术人员显而易见的替代方案或者等 价方案也应落入本申请的保护范围内。
权利要求
1.用于处理玻璃部件的设备，包括用于固定至少一个待处理的玻璃部件的固定装置，和用于将辐射能量引导到待处理的玻璃部件的至少一个区域中的射线引导装置，其特征在于，设有支承装置，射线引导装置能绕一轴线转动地支承在该支承装置 中，并且设有用于使射线引导装置绕一轴线以一转速(n3)旋转的驱动装置。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述射线引导装置设置和构造成使得辐 射能量被从待处理的玻璃部件内部的区域向玻璃部件引导。
3.根据上述权利要求之一所述的设备，其中，所述固定装置具有一个用于夹紧一个 待处理的玻璃部件的夹紧装置和一个用于使该玻璃部件绕一轴线以一转速(nl)旋转的驱 动装置。
4.根据上述权利要求之一所述的设备，其中，所述固定装置具有另一个用于夹紧 另一个待处理的玻璃部件的夹紧装置和一个用于使该另一个玻璃部件绕一轴线以一转速 (n2)旋转的驱动装置。
5.根据上述权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备包括一个同步机器。
6.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述射线引导装置具有用于引 导辐射能量的引导管，辐射能量被耦合输入到该引导管中。
7.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述射线引导装置具有射线转 向装置，优选包括镜子，该射线转向装置构造成使得辐射能量被基本上垂直于射线引导 装置的旋转轴线地从射线引导装置朝向待处理的玻璃部件引导。
8.根据上述权利要求所述的设备，其特征在于，所述射线引导装置具有用于调整射 线转向装置的调整装置。
9.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述射线转向装置构造成使得 辐射能量被射线转向装置转向所用的角度是能设定和/或调整的。
10.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，设有用于沿着射线引导装置的 旋转轴线(X方向)相对于玻璃部件调整射线引导装置的调整装置，该调整装置优选具有 控制装置，该控制装置设计和构造成使得在至少两个位置之间实现均勻地调整射线引导 装置，调整的频率优选明显小于射线引导装置旋转所用的转速(n3)并且优选明显大于玻 璃部件旋转所用的转速(nl、n2)。
11.用于处理玻璃部件的方法，包括以下步骤a)使至少一个玻璃部件以一转速(nl)旋转，并且b)用射线引导装置将辐射能量引导到玻璃部件的至少一个区域中，其特征在于，辐射能量沿着旋转的玻璃部件的旋转轴线被导入由玻璃部件包围的区 域中并被向外转向。
12.根据上述权利要求所述的方法，其中，所述射线引导装置以一转速(n3)旋转。
13.根据上述权利要求之一所述的设备或方法，其特征在于，各玻璃部件在运行时旋 转所用的转速(nl、n2)大小相等。
14.根据上述权利要求之一所述的设备或方法，其特征在于，所述射线引导装置的转 动方向与玻璃部件的转动方向相反。
15.根据上述权利要求之一所述的设备或方法，其特征在于，所述射线引导装置在运行时旋转所用的转速(n3)大于100转/分、优选大于250转/分、进一步优选大于500 转/分、更优选大于750转/分、特别是优选约1000转/分。
16.根据上述权利要求之一所述的设备或方法，其特征在于，所述玻璃部件是标称 内径至少为150mm、优选至少为200mm、进一步优选至少为225mm、进一步优选至少 为300mm、进一步优选至少为400mm、进一步优选至少为450mm、进一步优选至少为 600mm、进一步优选至少为800mm、更优选为约IOOOmm的玻璃坯件。
17.根据上述权利要求之一所述的设备或方法，其特征在于，所述玻璃部件是壁厚至 少为1.5mm、优选至少为1.8mm、进一步优选至少为2.0mm、更优选至少为2.2mm的玻 璃坯件。
18.根据上述权利要求之一所述的设备或方法，其特征在于，所述玻璃部件是壁厚最 大为25mm、优选最大为22mm、进一步优选最大为20mm、更优选最大为18mm的玻璃 坯件。
19.根据上述权利要求之一所述的设备或方法，其特征在于，所述辐射能量通过激光 器、优选CO2激光器提供。
全文摘要
本发明涉及一种用于处理玻璃部件的设备，包括用于固定至少一个待处理的玻璃部件(10、20)的固定装置(50)；用于将辐射能量引导到待处理的玻璃部件(10、20)的至少一个区域中的射线引导装置(30)；支承装置，射线引导装置(30)能绕一轴线转动地支承在该支承装置中；和用于使射线引导装置(30)绕一轴线以转速(n3)旋转的驱动装置。本发明还涉及一种用于处理玻璃部件的方法，包括以下步骤使至少一个玻璃部件(10、20)以转速(n1)旋转，并用射线引导装置(30)将辐射能量引导到玻璃部件(10、20)的至少一个区域中，辐射能量沿着旋转的玻璃部件(10、20)的旋转轴线被导入由玻璃部件(10、20)包围的区域中并被向外转向。
文档编号C03C23/00GK102015559SQ200980116335
公开日2011年4月13日 申请日期2009年5月5日 优先权日2008年5月6日
发明者E·米勒, L·里希特 申请人:Qvf工程有限公司