Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Biegeform für Glasscheiben, eine dementsprechend hergestellte keramische Biegeform sowie deren Verwendung.

Insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeuge weisen Verglasungen typischerweise eine Biegung auf. Es sind verschiedene Verfahren zur Erzeugung einer solchen Biegung bekannt. Beim sogenannten Schwerkraftbiegen (auch gravity bending oder sag bending) wird die im Ausgangszustand plane Glasscheibe auf der Auflagefläche einer Biegeform angeordnet und auf mindestens ihre Erweichungstemperatur erwärmt, so dass sie sich unter dem Einfluss der Schwerkraft an die Auflagefläche anlegt. Bei den sogenannten Pressbiegeverfahren wird die Scheibe zwischen zwei komplementären Werkzeugen (Biegeformen) angeordnet, die gemeinsam auf die Scheibe eine Presswirkung ausüben, um die Biegung zu erzeugen. Vorrichtungen und Verfahren zum Biegen von Glasscheiben sind dem Fachmann hinlänglich aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Lediglich beispielhaft sei auf EP1358131A1, EP2463247A1, WO2017178733A1, DE10314267B3, WO2007125973A1 , EP0677488A2 und W09707066A1 verwiesen.

Herkömmliche Biegeformen sind aus Metall gefertigt, wobei die Kontaktfläche optional mit einem Stahlgewebe überzogen wird, um die Glasoberfläche zu schonen. Metallene Biegeformen sind stabil und haben sich für den Einsatz in der industriellen Massenfertigung bewährt. Ihre Herstellung ist aber recht aufwändig und kostenintensiv.

Die Biegeformen werden für jedes Modell einer Glasscheibe spezifisch hergestellt, wobei die Kontaktflächen der Biegeformen die Biegung, also die dreidimensionale Geometrie der Glasscheibe festlegt. Bevor ein bestimmtes Modell einer Glasscheibe in die Massenfertigung eintritt, ist es häufig erforderlich oder gewünscht, einen Prototypen herzustellen, an dem beispielsweise Tests durchgeführt werden können oder der potentiellen Kunden präsentiert werden kann. Bislang wurde typischerweise zur Herstellung des Prototyps ebenfalls eine oder mehrere metallene Biegeformen gefertigt. Dadurch dauert die Herstellung des Prototyps lange und ist kostspielig.

Es besteht daher Bedarf an Biegeformen zum Biegen von Glasscheiben, insbesondere zur Prototypenherstellung, die schnell und kostengünstig herstellbar sind. Die Biegeformen müssen ausreichend temperaturstabil sein, um die hohen Temperaturen beim Glasbiegen zu überstehen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Biegeform bereitzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung einer keramischen Biegeform für Glasscheiben, genauer gesagt einer keramischen Biegeform zum Biegen von Glasscheiben. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:

(A) Bestimmung der Kontaktfläche der Biegeform,

(B) Herstellen eines Models mit einer Modellfläche, welche der Kontaktfläche entspricht,

(C) Optional: Versehen der Modellfläche mit einer Trennschicht,

(D) Versehen der Modellfläche mit Matten aus keramischen Fasern, welche mit einer keramischen Suspension getränkt sind, wobei die Matten auf der Trennschicht angeordnet und getrocknet werden, wodurch eine keramische Hohlform mit der Kontaktfläche entsteht,

(E) Entfernen der keramischen Hohlform vom Model,

(F) Versehen der keramischen Hohlform mit einem keramischen oder metallenen Stabilisierungsgerüst,

(G) Brennen der keramischen Hohlform mit dem Stabilisierungsgerüst, wodurch die keramische Biegeform entsteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer keramischen Biegeform ist schnell und kostengünstig herstellbar, insbesondere im Vergleich zu metallenen Biegeformen, und daher zur Herstellung von Prototypen in besonderem Maße geeignet. Das Verfahren ist zudem vergleichsweise einfach durchführbar, so dass die keramische Biegeform bei geeigneter Bevorratung der erforderlichen Materialien vom Glashersteller selbst vor Ort hergestellt werden kann, und nicht in Auftrag gegeben werden muss. Es ist so auch einfacher, eine Serie von verschiedenen Biegeformen für ein Modell einer Glasscheibe herzustellen, um die Güte der damit hergestellten Produkte zu vergleichen. Die keramische Biegeform ist in hohem Maße temperaturbeständig, so dass sie für Glasbiegeverfahren einsetzbar ist. Die keramische Biegeform ist eine verstärkte Hohlform und weist als solche ein geringes Gewicht auf. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung. Die erfindungsgemäß hergestellte keramische Biegeform ist zum Biegen von Glasscheiben vorgesehen, insbesondere zum Biegen von Glasscheiben, die auf ihre Erweichungstemperatur erhitzt wurden. Durch das Erhitzen sind die Glasscheiben plastisch formbar. Bei solchen Verfahren werden die Glasscheiben typischerweise auf einer Temperatur von über 500°C, insbesondere von 500°C bis 700°C erhitzt, wodurch sie erweicht und verformbar wird und durch die Kontaktfläche der Biegeform geformt werden kann. Typische Temperaturen beim Biegen von Scheiben aus Kalk-Natron-Glas betragen mindestens 600°C, beispielsweise etwa 650°C.

Die Biegeform weist eine Kontaktfläche auf. Die Kontaktfläche ist diejenige Oberfläche der Biegeform, welche bestimmungsgemäß dafür vorgesehen ist, unmittelbar oder mittelbar mit der Glasscheibe in Kontakt zu kommen, um sie zu verformen und dadurch zu biegen. In einer bevorzugten Ausführung ist die Biegeform eine sogenannte Vollform mit einer vollflächigen Kontaktfläche, die dafür vorgesehen ist, mit einem Großteil der Glasscheibenoberfläche in Kontakt zu kommen. Grundsätzlich kann aber auch eine Biegeform mit einer rahmenartigen Kontaktfläche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Eine solche Biegeform kann auch als Ring (Biegering) oder Rahmen (Rahmenform) bezeichnet werden. Die rahmenartige Kontaktfläche ist dafür vorgesehen, nur mit einem umlaufenden Randbereich der Glasscheibe in Kontakt zu kommen, während der Großteil der Glasscheibenoberfläche keinen Kontakt zur Biegeform hat.

Die erfindungsgemäße Biegeform ist nicht beschränkt hinsichtlich der Art des Glasbiegens, für das sie eingesetzt werden kann. Die Biegeform, die auch als Biegewerkzeug bezeichnet werden kann, kann eine obere oder eine untere Biegeform sein. Unter einer unteren Biegeform wird im Sinne der Erfindung eine Form verstanden, welche die untere, dem Erdboden zugewandten Oberfläche der Glasscheibe berührt beziehungsweise ihr zugeordnet ist und auf sie wirkt. Unter einer oberen Biegeform wird eine Form verstanden, die die obere, vom Erdboden abgewandte Oberfläche der Glasscheibe berührt beziehungsweise ihr zugeordnet ist und auf sie wirkt. Bei einer oberen Biegeform weist die Kontaktfläche nach unten und ist dem Erdboden zugewandt, bei einer unteren Biegeform weist die Kontaktfläche nach oben und ist vom Erdboden abgewandt. Die Biegeform kann eine Schwerkraftbiegeform, eine Pressbiegeform oder eine Saugbiegeform sein. Eine Schwerkraftbiegeform ist eine untere Biegeform, auf welche die Glasscheibe aufgelegt wird und sich nach Erwärmung unter dem Einfluss der Schwerkraft verformt und an die Form der Kontaktfläche anpasst. Beim Pressbiegen im engeren Sinne wird die Glasscheibe zwischen zwei Biegeformen, typischerweise einer oberen und einer unteren Biegeform, gepresst und dadurch verformt. Im weiteren Sinne werden auch solche Verfahren als Pressbiegen bezeichnet, bei denen die Glasscheibe durch einen aufwärts gerichteten Luftstrom an eine obere Biegeform angepresst („angeblasen“) wird. Häufig werden beide Varianten des Pressbiegens kombiniert: die Glasscheibe wird durch einen aufwärts gerichteten Luftstrom an eine obere Biegeform angepresst und anschließend zwischen dieser oberen Biegeform und einer komplementären unteren Biegeform gepresst. Beim Saugbiegen wird die Glasscheibe an die Kontaktfläche angesaugt, wobei zur Übermittlung der Saugwirkung bei Vollformen typischerweise Löcher in die Kontaktfläche eingebracht sind. Insbesondere Press- und Saugbiegen werden häufig kombiniert, wobei beispielsweise zusätzlich zur Presswirkung die Glasscheibe an die obere Biegeform angesaugt wird.

Bevorzugt ist die Herstellung von oberen Press- und/oder Saugbiegeformen mit vollflächiger Kontaktfläche, von unteren Pressbiegeformen mit rahmenartiger Kontaktfläche und von unteren Schwerkraftbiegeformen mit rahmenartigen oder vollflächigen Kontaktflächen. Diese Biegeformen haben sich zur Herstellung optisch hochwertiger Glasscheiben besonders bewährt. Die erfindungsgemäße Biegeform ist in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung eine obere Press- und/oder Saugbiegeform mit vollflächiger Kontaktfläche. Solche Biegeformen sind gängig für eine Vielzahl von Scheibentypen im Fahrzeugbereich und erlauben die Realisierung einer großen Bandbreite von Scheibengeometrien bei guter Taktzeit und Qualität.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die erfindungsgemäße Biegeform vorgesehen zur Fertigung eines Prototyps oder einer Kleinserie. Hierfür ist sie aufgrund der schnellen, einfachen und kostengünstigen Herstellung besonders geeignet. Wenn die Biegeform nur zur Herstellung eines oder einiger weniger Prototypen oder weniger Glasscheiben im Rahmen einer Kleinserie vorgesehen ist, muss sie auch nicht die Langzeitstabilität einer herkömmlichen metallischen Biegeform aufweisen.

Zunächst wird die Kontaktfläche bestimmt, welche die erfindungsgemäße Biegeform aufweisen soll. Die Form der Kontaktfläche wird durch die Form der damit zu biegenden Glasscheibe bestimmt. Die Bestimmung der erforderlichen Kontaktfläche erfolgt mit bevorzugt fachüblichen CAD-Methoden ( computer-aided design, rechnerunterstützte Konstruktion). Es sind aber auch andere Methoden bekannt, welche ohne CAD- Berechnungen auskommen. So kann die gewünschte Kontaktfläche auch iterativ durch manuelle oder maschinengestützte Überarbeitung einer Ausgangsform angenähert werden. Die Form der Kontaktfläche entspricht üblicherweise nicht genau der Form der Glasscheibe, sondern ist eine kompensierte Form der Kontaktfläche, welche ein Sacken der Glasscheibe unter ihrer Schwerkraft nach der Einwirkung der Biegeform einkalkuliert. Bei den Simulationen zur Bestimmung der kompensierten Kontaktfläche wird der zu verwendende Biegeofen und das zu verwendende Biegeverfahren zugrunde gelegt. Hierbei sind neben der gewünschten Scheibenform beispielsweise die Biegetemperatur und die Verweildauer im Biegeofen sowie die Art der verwendeten Biegewerkzeuge entscheidend. Die kompensierte Form der Kontaktfläche entspricht der zwischenzeitlichen Form der Glasscheibe direkt nach dem Einwirken der Biegeform, die derart berechnet ist, dass sich unter Berücksichtigung der nachträglichen Verformung der Glasscheibe, insbesondere durch Sacken unter dem Einfluss der Schwerkraft, die gewünschte, finale Form der Glasscheibe ergibt.

Nachdem die Kontaktfläche ermittelt wurde, wird erfindungsgemäß eine Modellform hergestellt. Die Modellform weist eine Modellfläche auf, welche der Kontaktfläche entspricht. Damit ist gemeint, dass die Modellfläche ein Abbild der Kontaktfläche ist, wobei dieses Abbild positiv oder negativ sein kann. Bei einem negativen Abbild verläuft die gekrümmte Modellfläche gleichsam umgekehrt zur errechneten Kontaktfläche. Die Modellform ist gleichsam ein Formkörper oder Formwerkzeug zur Herstellung der keramischen Biegeform.

In einer Ausführung der Erfindung ist die Modellform eine Positivform für die Biegeform. Die Modellfläche ist dabei eine direkte Kopie der Kontaktfläche, also sozusagen ein Positiv (positives Abbild), welches die gleiche Krümmungsrichtung aufweist wie die Kontaktfläche. Ist die Kontaktfläche konkav, so ist auch die Modellfläche konkav, und ist die Kontaktfläche konvex, so ist auch die Modellfläche konvex. Die geometrische Form der Modellfläche entspricht genau der geometrischen Form der Kontaktfläche - es tritt die gleiche geometrische Verteilung von Krümmungsradien und Krümmungsrichtungen auf wie bei der Kontaktfläche.

In einer alternativen Ausführung der Erfindung ist die Modellform eine Negativform für die Biegeform. Die Modellfläche ist dabei eine komplementäre Wiedergabe der Kontaktfläche sein, also sozusagen ein Negativ (negatives Abbild), welches die entgegengesetzte Krümmungsrichtung aufweist wie die Kontaktfläche. Ist die Kontaktfläche konkav, so ist die Modellfläche konvex, und ist die Kontaktfläche konvex, so ist auch die Modellfläche konkav. Die geometrische Form der Modellfläche ist also komplementär zur geometrischen Form der Kontaktfläche - es tritt die gleiche geometrische Verteilung von Krümmungsradien auf wie bei der Kontaktfläche, allerdings jeweils mit entgegengesetzter Krümmungsrichtung.

Die Modellform wird bevorzugt hergestellt aus günstigen und leicht zu verarbeitenden Materialien. Als Material für die Modellform sind Holz, Kunststoff und Harz, insbesondere Kunstharz, bevorzugt. Eine Modellform aus Holz kann als massiver, monolithischer Holzblock ausgebildet sein oder auch aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein, beispielsweise aus aufeinander gestapelten und miteinander verbundenen, insbesondere adhäsiv verbundenen Verbundholzplatten wie beispielsweise mitteldichten Holzfaserplatten (MDF-Platten). Als Kunstharz kann beispielsweise „Resin 460“ eingesetzt werden, wie es im Lehrenbau gebräuchlich ist. Es können auch harzbasierte Holz-Kunststoff-Gemische verwendet werden, ebenfalls bekannt aus dem Lehrenbau. Die Modellform wird bevorzugt hergestellt durch subtraktive Fertigungsverfahren, wobei aus einem größeren Werkstück die Modellform durch Materialabtrag herausgearbeitet wird. Hierbei kommen insbesondere spannende Fertigungsverfahren zum Einsatz, wie Fräsen, Schleifen, Hobeln, Feilen, Raspeln oder Meißeln, insbesondere Fräsen oder Schleifen. Die Fertigung erfolgt bevorzugt automatisiert mit Hilfe von CAD-Verarbeitung, wobei einer Verarbeitungsmaschine (CNC- Maschine, Computerized Numerical Control) die CAD-Daten der Modellform bereitgestellt werden und die Verarbeitungsmaschine mittels der CAD-Daten die Modellform aus dem Ausgangswerkstück herausarbeitet. Die spanende Verarbeitung aus günstigen Werkstoffen ist wenig zeit- und kostenintensiv und daher besonders geeignet. Prinzipiell ist es aber auch möglich, eine Modellform aus Kunststoff mittels Spritzguss herzustellen oder mittels generativen oder additiven Fertigungsverfahren, beispielsweise 3D-Druck.

Die Modellfläche wird optional mit einer Trennschicht versehen, um den mit der Modellform hergestellten Teil der Biegeform leicht von der Modellform trennen zu können. Die Trennschicht kann beispielsweise eine Beschichtung, eine Papierlage oder eine dünne Folie sein. Die Trennschicht sollte möglichst dünn sein, damit sie die Form der Kontaktfläche nicht verfälscht. Für die Trennschicht sollte ein Material gewählt werden, welches sich gut von der Modellform einerseits und der keramischen Hohlform andererseits ablösen lässt, und welches eine ausreichende mechanische und chemische Stabilität aufweist. Als Trennschicht kommen in besonders bevorzugten Ausführungen Folien auf Basis von Kunststoffen, insbesondere Polyethylen (PE), Polyprolen (PP) oder Polyvinylchlorid (PCV), oder Beschichtungen auf Basis von Bornitrid, Graphit, Ölen oder Fetten oder handelsüblicher Anti-Adhäsionssprays in Betracht. Eine als Papierlage ausgebildete Trennschicht kann beispielsweise aus Kraftpapier oder Löschpapier ausgebildet sein. Im Falle von Beschichtungen beträgt die Dicke der Trennschicht bevorzugt von 10 nm bis 500 pm, im Falle von Kunststofffolien und Papierlagen bevorzugt von 1 pm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 5 pm bis 50 pm. Die Trennschicht ist nicht nötig, wenn die Modellform aus einem inerten Kunststoff ausgebildet ist.

Anschließend wird mittels der Modellform eine keramische Hohlform hergestellt, welche als Teil der keramischen Biegeform vorgesehen ist und welche die Kontaktfläche aufweist, welche nachher zum Biegen der Glasscheibe eingesetzt wird. Zur Herstellung der Hohlform wird die sogenannte Prepreg-Technologie eingesetzt (preimpregnated fibres, vorimprägnierte Fasern). Dabei wird die Modellfläche der Modellform mit Matten aus keramischen Fasern oder Glasfasern versehen, welche mit einer keramischen Suspension getränkt sind. Die Matten werden auf der Trennschicht angeordnet und getrocknet. Mit Trocknung ist hierbei nicht das endgültige Brennen der Keramik gemeint, sondern eine Vortrocknung, so dass die Fasermatten ein formstabiles Werkstück ausbilden, welches von der Modellform entfernt und weiterverarbeitet werden kann. Beim Vortrocknen wird insbesondere mechanisch eingeschlossenes Wasser in den Hohlräumen entfernt. Die Vortrocknung kann bei Raumtemperatur oder durch Erwärmen erfolgen. Es entsteht eine keramische Hohlform, welche die Kontaktfläche aufweist. Ist die Modellfläche ein Positiv der Kontaktfläche, so bildet die der Modellform gegenüberliegende Oberfläche der Hohlform die Kontaktfläche. Ist die Modellfläche ein Negativ der Kontaktfläche, so bildet die der Modellform zugewandte Oberfläche der Hohlform die Kontaktfläche.

Die gesamte Modellfläche wird mit den präimprägnierten Matten versehen, insbesondere mehrlagig, so dass die Hohlform eine ausreichende Dicke aufweist, um eine stabile Biegeform zu bilden. Die Dicke typischer Fasermatten beträgt von 0,1 mm bis 5 mm, insbesondere 0,3 mm bis 2 mm. Die Hohlform weist bevorzugt eine Dicke von 1 mm bis 30 mm auf, besonders bevorzugt von 2 mm bis 10 mm.

Die Dicke der Hohlform sollte möglichst gleichmäßig sein. Die Hohlform weist also bevorzugte eine konstante, ortsunabhängige Dicke auf. Das ist insbesondere dann wichtig, wenn die Modellfläche ein Positiv der Kontaktfläche ist und die Kontaktfläche folglich durch die von der Modellform abgewandte Oberfläche der Hohlform ausgebildet wird, um die Form der Modellfläche auf die Kontaktfläche zu übertragen. Wenn die Modellfläche ein Negativ der Kontaktfläche ist und die Kontaktfläche folglich durch die der Modellform zugewandte Oberfläche der Hohlform ausgebildet wird, ist die konstante Dicke weniger wichtig, weil durch eine nicht-konstante Dicke keine Verfälschung der Form der Kontaktfläche auftritt. Aus diesem Grund kann die Modellform mit einer Modellfläche, die ein Negativ der Kontaktfläche ist, bevorzugt sein.

Werden für die Matten keramische Fasern verwendet, so werden in einer bevorzugten Ausführung oxidische Keramiken (Oxidkeramiken) oder Silikat-Keramiken eingesetzt, welche aufgrund ihrer Härte, Verschleißfestigkeit und Wärmebeständigkeit besonders für die Fertigung von Biegeformen geeignet sind. Geeignete Oxidkeramiken sind beispielsweise auf Basis von Aluminiumoxid (AI ₂ O ₃ ), Zirconiumdioxid (Zr0 ₂ ), Titan(IV)-oxid (PO ₂ ), Magnesiumoxid (MgO), Zinkoxid (ZnO), Aluminiumtitanat (AI ₂ O ₃ + T1O ₂ ), Bariumtitanat (BaO + T1O ₂ ) ausgebildet. Eine bevorzugte Silikat-Keramik ist auf Basis von Mullit ausgebildet. Besonders bevorzugte keramische Materialien sind Mullit oder Aluminiumoxid (AI ₂ O ₃ ). Es können aber auch andere Keramiken verwendet werden, beispielsweise andere Oxid- oder Silikat-Keramiken oder nichtoxidische Keramiken (insbesondere auf Basis von Siliciumcarbid (SiC), Bornitrid (BN), Borcarbid (B ₄ C), Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Molybdändisilicid oder Wolframcarbid).

Werden für die Matten Glasfasern verwendet, so weisen diese bevorzugt einen Siliziumoxid- Gehalt (S1O2) von mindestens 80 Gew.-% auf, bevorzugt von mindestens 90 Gew.-%.

Bevorzugte Materialien für die keramische Suspension entsprechen denjenigen, die vorstehend für die keramischen Fasern der Matten genannt wurden, also insbesondere Oxidkeramiken wie Keramiken wie Aluminiumoxid-Keramik oder Silikat-Keramiken wie Mullit-Keramik. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird keramisches Material auf Basis von Siliziumaluminiumoxid verwendet ( silico-alumina ceramics), die eine besonders hohe Dichte und damit Stabilität aufweisen, wobei die Summe der Anteile von AI ₂ O ₃ und S1O ₂ insbesondere mindestens 95 Gew.-% beträgt.

Das Material der Fasern und der Suspension kann vom Fachmann unabhängig voneinander frei gewählt werden. Nach der Vortrocknung, die beispielsweise bei Temperaturen von 30°C bis 80 °C durchgeführt wird, wird die Hohlform von der Modellform entfernt.

Anschließend wird die keramische Hohlform mit einem Stabilisierungsgerüst versehen. Das Stabilisierungsgerüst bewirkt einerseits eine mechanische Stabilisierung der Hohlform, so dass diese während des Glasbiegens nicht verformt wird, und dient andererseits der Verbindung der keramischen Biegeform mit der Biegevorrichtung. Das Stabilisierungsgerüst wird der Kontaktfläche gegenüberliegend an der Hohlform angebracht, so dass die Kontaktfläche vom Stabilisierungsgerüst abgewandt und bestimmungsgemäß exponiert ist. Im Falle einer konvexen Kontaktfläche wird das Stabilisierungsgerüst also an der konkaven Oberfläche der Hohlform befestigt, im Falle einer konkaven Kontaktfläche dagegen an der konvexen Oberfläche der Hohlform.

Das Stabilisierungsgerüst ist bevorzugt ebenfalls aus Keramik ausgebildet (keramisches Stabilisierungsgerüst), kann aber auch aus Metall ausgebildet sein (metallenes Stabilisierungsgerüst), beispielsweise Stahl wie rostfreier, temperaturbeständiger Stahl. Keramik ist bevorzugt, weil dadurch ein möglichst ähnlicher thermischer Ausdehnungskoeffizient von Hohlform und Stabilisierungsgerüst erreicht werden kann. Das Stabilisierungsgerüst wird bevorzugt durch (keramische oder metallene) Rohre oder Stangen gebildet. Im Falle von keramischen Rohren oder Stangen sind diese bevorzugt bereits fertig gebrannt, können unter Umständen jedoch ebenfalls nur durch Vortrocknung stabilisiert sein. Das Stabilisierungsgerüst kann ebenfalls aus Faserkeramiken oder aus normaler Keramik ausgebildet sein, beispielsweise Oxid- oder Silikat-Keramik. Bevorzugt wird das gleiche keramische Material verwendet wie für die Hohlform. Die Verbindung zwischen Hohlform und Stabilisierungsgerüst (sowie gegebenenfalls zwischen den Rohren oder Stangen des Stabilisierungsgerüsts untereinander) erfolgt beispielsweise durch Kleben, Nageln, Nieten, Schrauben oder Stecken.

Die keramische Hohlform mit dem (bevorzugt keramischen) Stabilisierungsgerüst wird im Anschluss einer Temperaturbehandlung ausgesetzt, wobei die Keramik gebrannt beziehungsweise gesintert wird. Dabei wird physikochemisch und chemisch gebundenes Wasser entfernt, weitere flüchtige Bestandteile ausgetrieben und es können Umwandlungen der Mineral- und Kristallstruktur stattfinden. Das Brennen wird typischerweise bei Temperaturen von 600°C bis 1500°C, insbesondere von 850°C bis 1300°C durchgeführt. io

Die Dauer des Brennens beträgt üblicherweise von 1 Stunde bis 3 Stunden. Durch das Brennen der Keramik entsteht die keramische Biegeform.

Die keramische Biegeform dafür vorgesehen, in einer Biegevorrichtung (Glasbiegevorrichtung) installiert zu werden. Die Biegevorrichtung weist eine Biegestation auf, in der die erforderlichen Biegeformen (darunter mindestens eine erfindungsgemäße keramische Biegeform) angeordnet sind und in der das Formen der Glasscheibe mittels der Biegeformen stattfindet. Die Biegevorrichtung weist außerdem Mittel zum Heizen der Glasscheibe auf Erweichungstemperatur auf. In einer Ausgestaltung ist die Biegestation in einem beheizten Abschnitt der Biegevorrichtung (Biegekammer) angeordnet („Heißbiegen“). Die Heizmittel sind dabei entweder in der Biegekammer selbst angeordnet (kombinierte Heiz- und Biegekammer) oder in einer gesonderten Heizkammer, beispielsweise in Form eines Tunnelofens, welchen die Glasscheiben vor Eintritt in die Biegekammer durchlaufen. In einer weiteren Ausgestaltung der ist die Biegestation in einem nicht-beheizten Abschnitt der Biegevorrichtung angeordnet („Kaltbiegen“). Die Glasscheibe durchlaufen dann eine Heizkammer und werden im Anschluss ohne weitere Beheizung gebogen, wobei sie natürlich noch nicht unter ihre Erweichungstemperatur abgekühlt sein dürfen. Typische Biegevorrichtungen umfassen außerdem Mittel zum Bewegen der Glasscheibe durch die Heizkammer und die Biegestation hindurch. Die Bewegungsmittel können beispielsweise als Rollen- oder Laufbandfördersystem ausgebildet sein, wobei die Glasscheiben entweder direkt auf dem Rollen- oder Laufbandfördersystem aufliegen oder auf einer Transportform, insbesondere einem Transportrahmen, welche durch das Rollen- oder Laufbandfördersystem bewegt wird.

Bevorzugt wird am Stabilisierungsgerüst und/oder an der Hohlform eine metallene Anbindungseinheit angebracht, welche dazu dient, die keramische Biegeform in der Biegestation anzubringen. Die Anbindungseinheit stellt also gleichsam eine Schnittstelle (Interface) zur Installation in der Biegestation bereit, welches insbesondere der Schnittstelle der herkömmlichen metallenen Biegeformen entspricht. Die Anbindungseinheit ist aus Metall gefertigt, insbesondere aus Stahl, beispielsweise rostfreiem, temperaturbeständigem Stahl. Die Anbindungseinheit wird bevorzugt angebracht, nachdem Hohlform und Stabilisierungsgerüst zur Biegeform verbunden wurden. Die Art der Anbindungseinheit richtet sich nach der verwendeten Biegestation. Das Anbringen der Anbindungseinheit an der Biegeform erfolgt bevorzugt durch Schrauben, Nieten oder Einhängen/Einschieben in eine dafür vorgesehene Aufnahme (beispielsweise nach Art einer Schublade). Die Anbindungseinheit kann an der fertig gebrannte Biegeform angebracht werden. Es ist aber auch möglich, die Anbindungseinheit vor dem Brennen der Keramik (insbesondere der Hohlform) anzubringen und das Brennen anschließend in einem Biegeofen selbst durchzuführen. Dies erspart mit dem Brennen in einem eigenen Ofen einen Verfahrensschritt und ist daher vorteilhaft. Bei geeigneter Keramik kann das Brennen bei der Biegetemperatur erfolgen, welche typischerweise von 600°C bis 700°C beträgt. Ist zum Brennen der Keramik eine höhere Temperatur erforderlich, so muss der Biegeofen geeignet sein, diese Temperaturen zu erzeugen. In einer besonders vorteilhaften Ausführung spannen die von der Hohlform am weitesten entfernten Abschnitte des Stabilisierungsgerüsts eine plane Fläche auf, welche der Verbindung mit der Anbindungseinheit dient. Die Anbindungseinheit kann dann eine plane Platte aufweist, an der das Stabilisierungsgerüst unterschiedlich ausgestalteter Biegeformen angebracht werden kann. Unterschiedlich ausgestaltete Biegeformen können dann an derselben Anbindungseinheit angebracht werden, und es muss nicht für jede Biegeform eine eigene Anbindungseinheit bereitgestellt werden.

In einer vorteilhaften Ausführung wird die Kontaktfläche veredelt, insbesondere durch Polieren und/oder Beschichten. Die Veredelung kann beispielsweise erfolgen: - nach der Herstellung der Hohlform und vor ihrer Verbindung mit dem

Stabilisierungsgerüst, nach der Verbindung der Hohlform mit dem Stabilisierungsgerüst und vor dem

Brennen der Keramik, nach dem Brennen der Keramik. Es können auch mehrere Veredelungsschritte zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgen. Poliert wird die Kontaktfläche bevorzugt vor dem Brennen der Keramik, weil die Kontaktfläche dann noch leichter zu bearbeiten ist. Die Beschichtung ist bevorzugt eine keramische Beschichtung, besonders bevorzugt auf Basis von Bornitrid oder einer oxidischen Keramik oder einer Silikat-Keramik, beispielsweise auf Basis von Mullit, AI ₂ O ₃ oder Siliziumaluminiumoxid. Diese Beschichtungen verleihen der Kontaktfläche eine hohe Oberflächengüte und bewirken eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigungen und Kratzfestigkeit, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Kontaktfläche zum Biegen mit einem Stahlgewebe überzogen werden soll. Sollte die Kontaktfläche der Hohlform Abweichungen von der Sollgeometrie aufweisen (beispielsweise infolge einer nicht-optimalen Modellfläche oder einer nicht-optimalen Übertragung der Modellfläche auf die Kontaktfläche mittels Prepreg-Technologie), ist es möglich, diese Abweichungen durch spanende Bearbeitung, insbesondere Schleifen, zu korrigieren. Die Kontaktfläche wird dann vor oder nach dem Brennen bearbeitet, um die berechnete Kontaktfläche der Biegeform zu erzeugen. Die spanende Bearbeitung erfolgt in einer bevorzugten Ausführung wieder automatisiert mit Hilfe von CAD-Verarbeitung, wobei einer Verarbeitungsmaschine (CNC-Maschine, Computerized Numerical Control) die CAD- Daten der Kontaktfläche bereitgestellt werden und die Verarbeitungsmaschine mittels der CAD-Daten die Kontaktfläche herausarbeitet.

Die Hohlform kann optional mit Durchführungen (Löchern) versehen werden, welche beispielsweise dem Verschrauben oder Vernieten mit dem Stabilisierungsgerüst oder der Anbindungseinheit dienen. Die Durchführungen sind dann insbesondere im Randbereich der Hohlform angeordnet. Alternativ können die Durchführungen auch dazu dienen, während des Glasbiegens eine Saugwirkung auf die Glasscheibe auszuüben, um sie an die Kontaktfläche anzusaugen, wenn der Biegeofen hierfür ausgelegt ist. In diesem Falle sind die Durchführungen über die Kontaktfläche verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt. Die Löcher werden bevorzugt vor dem Brennen der Keramik eingebracht, besonders bevorzugt vor dem Verbinden der Hohlform mit dem Stabilisierungsgerüst. Alternativ können beim Herstellen der Hohlform auch Röhrchen oder Stäbchen als Platzhalter eingesetzt werden, die später entfernt werden, um Durchführungen auszubilden.

Die keramische Biegeform wird, bevorzugt über die metallene Anbindungseinheit, in einer Biegevorrichtung, insbesondere in einen Biegeofen eingebaut und dort zum Biegen einer oder mehrerer Glasscheiben eingesetzt. Dazu wird in einer vorteilhaften Ausführung die Kontaktfläche mit einem Stahlgewebe überzogen, wie es auch bei herkömmlichen Biegeformen üblich ist. Das Stahlgewebe verhindert den direkten Kontakt zwischen Kontaktfläche und Glasscheibe, wodurch die Oberflächengüte und optische Qualität der gebogenen Glasscheibe vorteilhaft gestaltet wird.

Die Erfindung umfasst weiter eine keramische Biegeform, hergestellt oder herstellbar mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung der erfindungsgemäßen keramischen Biegeform zum Biegen (insbesondere Heißbiegen) von Glasscheiben, insbesondere zur Fertigung von Prototypen oder Kleinserien mit höchstens 1000 Glasscheiben. Die Glasscheiben sind bevorzugt Fensterscheiben von Schienenfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen, insbesondere Windschutzscheiben, Heckscheiben, Seitenscheiben oder Dachscheiben von Personenkraftwagen.

Die zu biegende Glasscheibe enthält bevorzugt Kalk-Natron-Glas, wie es für Fensterscheiben üblich ist, kann aber auch andere Glassorten enthalten, wie Borsilikatglas, Aluminosilikatglas oder Quarzglas. Die Dicke der Glasscheibe beträgt typischerweise von 0,5 mm bis 10 mm, bevorzugt 1 mm bis 5 mm. Typische Temperaturen zum Biegen von Glasscheiben betragen von 500 °C bis 700 °C, insbesondere etwa 650 °C beim Biegen von Scheiben aus Kalk-Natron-Glas.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.

Es zeigen:

Fig. 1 Querschnitte während einer ersten Phase einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer keramischen Biegeform,

Fig. 2 Querschnitte während einer zweiten Phase der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche sich an die erste Phase aus Figur 1 anschließt,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen keramischen Biegeform während des Biegens einer Glasscheibe,

Fig. 4 einen Querschnitt während eines Verfahrensschritts einer weiteren

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Biegeform und

Fig. 6 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt schematisch verschiedene Verfahrensschritte in einer ersten Phase einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer keramischen Biegeform.

Zunächst wird eine Modellform 1 hergestellt (Fig. 1a). Die Modellform 1 besteht beispielsweise aus Holz und wurde aus einem größeren Holzblock mittels Fräsen und Schleifen hergestellt. Die Modellform 1 weist eine Modellfläche F-1 auf, welche gleichsam eine positive Kopie der Kontaktfläche der herzustellenden Biegeform ist (im Größenverhältnis 1:1). Die Modellfläche F-1 weist die gleiche geometrische Verteilung von Krümmungsradien auf wie die Kontaktfläche. Selbiges gilt für die Krümmungsrichtung: die Kontaktfläche ist ebenso wie die Modellfläche F-1 konvex ausgebildet. Die erforderliche Form der Kontaktfläche wurde vorher mit fachüblichen CAD-Methoden errechnet (insbesondere als kompensierte Kontaktfläche, bei deren Berechnung das Sacken nach dem Biegen einkalkuliert wurde, um zur gewünschten finalen Scheibengeometrie zu gelangen). Die Bearbeitung des Holzblocks zur Herstellung der Modellform 1 erfolgte automatisiert auf Grundlage dieser CAD-Daten. Anschließend wird die Modellfläche F-1 mit einer Trennschicht 2 versehen (Fig. 1b). Die Trennschicht 2 ist beispielsweise eine Kunststofffolie aus PE mit einer Dicke von 10 pm.

Danach werden Matten 3 aus keramischem Fasern mehrlagig auf der Trennschicht angeordnet (Fig. 1c), so dass die gesamte Modellfläche F-1 mit den Matten 3 versehen ist und die durch die Matten 3 ausgebildete Gesamtschicht eine Dicke von beispielsweise 10 mm aufweist. Die Matten 3 sind mit einer keramischen Suspension getränkt (Prepreg- Technologie). Das keramische Material der Fasern ist beispielsweise ein oxidisches Material wie Aluminiumoxid (AI ₂ O ₃ ) und das keramische Material der Suspension Siliziumaluminiumoxid. Die Matten 3 werden getrocknet, wodurch eine Hohlform 4 ausgebildet wird (Fig. 1d). Da die Modellfläche F-1 ein Positiv der gewünschten Kontaktfläche ist, wird diese Kontaktfläche F-K durch diejenige Oberfläche der Hohlform 4 gebildet, die von der Modellform 4 abgewandt ist. Damit die Form der Modellfläche F-1 möglichst genau auf die Kontaktfläche F-K übertragen wird, sollte die Hohlform 4 eine möglichst gleichmäßige Dicke aufweisen. Die Hohlform 4 wird nach dem Trocknen von der Modellform 1 abgenommen (Fig. 1e), was aufgrund der Trennschicht 2 mühelos möglich ist.

Die Hohlform kann nun optional mit Durchführungen versehen werden, welche beispielsweise der anschließenden Befestigung des Stabilisierungsgerüsts dienen oder durch welche später beim Glasbiegen eine Saugwirkung auf die Glasscheibe ausgeübt werden kann. Ebenso kann die Kontaktfläche F-K optional geschliffen oder beschichtet werden, um ihre Oberflächengüte zu erhöhen.

Figur 2 zeigt schematisch verschiedene Verfahrensschritte in einer sich an Figur 1 anschließende zweite Phase der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei aus der gemäß Figur 1 hergestellten Hohlform 4 (Fig. 2a) die erfindungsgemäße Biegeform K gefertigt wird. Dazu wird ein keramisches Stabilisierungsgerüst 5 an der von der Kontaktfläche F-K abgewandten Oberfläche der Hohlform 4 angebracht (Fig. 2b). Hohlform 4 und Stabilisierungsgerüst 5 bilden die erfindungsgemäße keramische Biegeform K, deren Herstellung nun durch Brennen der Keramik abgeschlossen werden kann.

Das Stabilisierungsgerüst 5 ist beispielsweise aus keramischen Stangen ausgebildet, welche untereinander und mit der Hohlform 4 verschraubt sind. Das keramische Material des Stabilisierungsgerüsts 5 ist beispielsweise ebenfalls Aluminiumoxid (AI ₂ O ₃ ). Glasbiegevorrichtungen weisen typischerweise standardisierte Aufnahmen für wechselbare Biegeformen auf. Um die keramische Biegeform K in die Glasbiegevorrichtung einbauen zu können, wird sie mit einer metallenen Anbindungseinheit 6, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, ausgestattet (Fig. 2c). Die Anbindungseinheit 6 weist beispielhaft eine plane Platte auf, an der das Stabilisierungsgerüst 5 angebracht (beispielsweise verschraubt) wird, und dieser gegenüberliegend einen Abschnitt, der zur Aufnahme der Glasbiegevorrichtung komplementär ist und in diese eingesetzt werden kann.

Figur 3 zeigt schematisch die gemäß Figur 1 und 2 hergestellte keramische Biegeform K mit den Anbindungseinheit 6 bei der bestimmungsgemäßen Verwendung. Die Biegeform K ist in einem nicht dargestellten Biegeofen installiert und wird zum Biegen einer Glasscheibe I eingesetzt. Die Kontaktfläche F-K ist zur Schonung der Glasscheibe I mit einem nicht dargestellten Stahlgewebe überzogen und wirkt auf die erhitzte und erweichte Glasscheibe I ein, wodurch die Glasscheibe I gemäß der Form der Kontaktfläche F-K gebogen wird. Diese Einwirkung kann beispielsweise durch Anblasen der Glasscheibe I an die Kontaktfläche F-K mittels eines aufwärts gerichteten Luftstroms, oder durch Pressen der Glasscheibe I zwischen der Biegeform K und einer nicht dargestellten, komplementären unteren Biegeform. Die Glasscheibe I besteht beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas, weist eine Dicke von 3,5 mm auf und ist als Heckscheibe eines Personenkraftwagens vorgesehen.

Figur 4 zeigt schematisch die Herstellung der Hohlform 4 während einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Unterschied zu Fig. 1d ist die Modellfläche F-1 der Modellform 1 ein Negativ der Kontaktfläche F-K. Die Modellfläche F-1 wiest die gleiche geometrische Verteilung von Krümmungsradien auf wie die Kontaktfläche F-K, allerdings mit entgegengesetzter Krümmungsrichtung -die Kontaktfläche F-K konvex ausgebildet, die Modellfläche F-1 dagegen konkav. Die Kontaktfläche F-K wird in diesem Fall durch diejenige Oberfläche der Hohlform 4 gebildet, die der Modellform 4 zugewandt ist.

Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Biegeform K. Die Kontaktfläche F-K ist in diesem Fall konkav ausgebildet. Das Stabilisierungsgerüst 5 ist daher an der gegenüberliegenden konvexen Oberfläche angebracht. Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.

Bezugszeichenliste:

(K) keramische Biegeform

(1) Modellform

(2) Trennschicht

(3) Matten aus keramischen Fasern

(4) keramische Hohlform

(5) Stabilisierungsgerüst

(6) metallene Anbindungseinheit

(F-K) Kontaktfläche der keramischen Biegeform K (F-1) Modellfläche der Modellform 1 (I) Glasscheibe