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Brevet d'invention.
Procédé et dispositif pour la trempe d'objets en verre'-,'
Le procédé a trait à une amélioration du procédé de trempe pour objets en verre par un mode opératoire qui tient compte des conditions particulières du verre envisagé, et à des dispositifs pour l'exécution de ce procédé.
La trempe du verre est connue en soi et on y procède en chauffant l'objet en verre jusqu'à un point voisin du ramollsse- ment et en le refroidissant alors brusquement, On augmente de cet te façon la dureté et la tenacité du verre et il est connu que l'on peut, par un refroidissement particulièrement fort et régu- lier, produire des tensions assez fortes pour que, lors de sa rup ture, le verre tombe en petits fragments et même en poussière.
Le chauffage du verre avant la trempe a une très grande im- portance pour la régularité des propriétés du produit obtenu, En général, on ne chauffe pas le verre au-dessus du point de ramolli! sement, car autrement il se produit des déformations du verre qui dans la plupart des cas nuisent à la qualité du produit final, en particulier lorsque l'on doit fabriquer des glaces dont la surface doit être aussi plane que possible. D'un autre côté, les tensions qui prennent naissance sont d'autant plus efficaces que l'on s'ap. proche davantage du point de ramollissement lors du chauffage.
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L'intervalle des températures de chauffe à partir desquelles la trempe doit se produire est ainsi très limité et il est nécessaire de contrôler très exactement la température pendant le chauffage préalable du verre.
Le point de ramolissement du verre dépend d'abord dans une grande mesure de la composition chimique du verre. On a toutefois établi que les points de ramolissement de deux pla- ques de verre, même si elles proviennent de la même charge, peuvent différer par suite des différences insignifiantes dans la composition chimique de chacune des plaques.
En dehors de la composition chimique, il y a d'autres caractéristiques qui jouent un rôle, et c'est ainsi que par exemple, la position du point de ramollissement d'un morceau de verre particulier dépend du traitement thermique du verre pendant l'ensemble des opérations antérieures de la fabrication. et est ainsi que par exemple une plaque de verre refroidie rapidement aura un point de ramollissement autre qu'une plaque du même verre qui a été refroidie avec une vitesse moindre. La position du point de ramollissement dépend au surplus de la vitesse avec laquelle la plaque a été chauf- fée et de l'épaisseur de la plaque. L'épaisseur de la plaque exerce précisément une influence particulière sur la position du point de ramollissement, même pour une différence d'à peine un dixième de millimètre.
Jusqu'ici, on procédait à la trempe du verre en chauf- fant les plaques de verre d'une seule et même composition jusqu'à, une température déterminée à l'avance pour un grand nombre de plaques. La température de chauffe était ainsi la même pour toutes les plaques, ou bien on soumettait toutes
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les plaques de verre pendant un temps déterminé à l'avance à une température déterminée et la durée de chauffe était la même pour les différentes plaques de verre. Le contrôle de la température se limitait à maintenir de facon très précise la température et/ou la durée de chauffe. Dans les procédés connus, il était nécessaire de choisir la température de chauffe de facon à ne pa.s dépasser les points de ramollisse- ment respectifs des diverses plaques de verre.
En d'autres termes, la température de chauffe devait être plus basse que le point de ramollissement le moins élevé de toutes les plaques traitées en même temps. On vois par ce qui précède que l'inter- valle de température optimum et très limité d'un chauffage convenable n'était utilisé que pour les plaques dont le point de ramollissement était le moins élevé, et se trouvait suffi- samment près de la température choisie par des essais pour toutes les plaques ensemble.
Dans les procédés usuels à chauffage électrique, on règle la température de chauffage préalable automatiquement par un régulateur de température entre des limites de 5 C.
Les variations du point de ramollissement pour les différentes plaques sont au moins aussi importantes, c'est-à-dire que si l'on veut éviter sûrement des déformations pendant le chauffage, on doit se tenir en moyenne de 10 a 20 C. au dessous de la température du point de ramollissement moyen. Mais ceci a entre autres conséquences qu'il faut renoncer à l'utilisation de la température la plus haute possible. Tantôt on ne chauffera vraiment à la température admissible la plus haute que quelques 'uns des verres qui seuls seront trempés de facon suffisante.
Tantôt ils auron un écart de température "inadmissible" à partir de ce point et présenteront un durcissement "insuffisant". Ceci
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explique une certaine variation inévitable des propriétés de trempe dans les procédés de ce genre.
On évite ces difficultés dans la présente invention en procédant au chauffage jus u'à une température déterminée particulièrement pour chacune des pièces de verre particuliè- res et suivant les circonstances du moment. Le nouveau précédé garantit l'obtention d'une température de chauffe qui se trouve d'une valeur constante et toujours aussi grande en-dessous de la température de ramollissement envisagée, tandis que cette température de chauffe elle-même varie suivant les différents points de ramollissement pratiques.
On a déjà proposé de déterminer d'une facon générale la tempé- rature de chauffe la plus appropriée pour différentes sortes de verres, en déterminant le point de ramollissement du verre par un procédé optique et en choisissant de cette manière la température de chauffe. On ne savait pas toutefois que ces propriétés physiques du verre ainsi que d'autres propriétés, peuvent varier de facon considérable pour des mêmes sortes de verre et que ces variations sont si importantes qu'il faut en tenir compte pour la réalisation d'un nouveau procédé de trempe répondant à de plus grandes exigences.
On propose, suivant l'invention, de déterminer séparé- ment la température de chauffe pour chaque plaque de verre par- ticulière par la mesure d'une propriété physique de la plaque de verre envisagée. On choisit pour déterminer cette températu- re, celles des propriétés physiques qui subissent une modifi- cation sensible, tout au moins lorsque l'on atteint le point de ramollissement du verre. Ces propriétés physiques sont par
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exemple la résistance électrique, la conductibilité électroly- tique, la dilatation thermique, le poids spécifique, etc.
Toute propriété physique convient à la mesure, du moment qu' elle change sensiblement avec la température. Comme autre propriété de ce genre, il y a, par exemple, la disparition des tension, dans le domaine des températures, de chauffe, la concrétion d'échantillon témoin, et le ramollissement lui- même.
On peut exécuter le procédé en mesurant constamment pendant le chauffage de la pièce de verre la modification que subit une propriété physique de la pièce de verre à tremper, par exemple, la conductibilité électrolytique. Une diminution subite de la résistance montre que le point de ramollissement est atteint. On peut ainsi interrompre le chauffage au moment voulu ou à la température voulue. On peut modifier la sensi- bilité du procédé en utilisant un instrument de mesure plus ou moins sensible ou en le soumettant à une tension élec- trique appropriée pour la mesure de la résistance. On peut toutefois utiliser également pour la mesure d'autres proprié- tés physiques comme on le montrera dans la description suivan- te d'après les dessins annexés.
La fig.l représente schématiquement un dispositif pour déterminer la température de chauffe basée sur la mesure de la conductibilité électrique du verre.
La fig.2 est une représentation schématique d'un dispositif pour la mesure de la résistance du verre soumis au chauffage avec emploi simultané d'un moyen de contrôle automatique de la chauffe*
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La fig. 3 est une représentation schématique d'un dispositif de chauffage et des pièces qu'il comporte, permettant de déter- miner le point de ramollissement par un témoin de verre particu- lier.
La fig.4 correspond à la fig.3, mais le chauffage y est con- tr8lé à- l'aide d'un témoin composé de poudre de verre.
La fig. 5 est une représentation schématique d'un dispositif de mesure que l'on peut utiliser en connection avec celui de la fig.4.
La fig. 6 est une représentation schématique d'une pince au- tomatique reliée à des électrodes pour la mesure de la rési- stance du verre a traiter.
Suivant la fig.l, on applique contre la plaque de verre l, deux électrodes 2 et 3 qui sont reliées à une source de courant appropriée. La source de courant peut être, par exemple, le réseau normal et l'on peut soumettre les électrodes à une diffé- rence de potentiel de 220 Volts par courant continu ou alterna- tif. Un rhéostat5 et un ampèremètre 11 sont intercalés dans le circuit. Lorsque la température augmente, la résistance de la plaque de verre diminue d'une facon progressive, et il se pro- duira dans l'intervalle correspondant au point de ramollissement une augmentation subite de l'intensité du courant.
On peut, de cette facon, par lecture de l'instrument de mesure 5, interrom- pre, au moment voulu le chauffage à une température préalablement déterminée avec exactitude, ce qui fait en tout cas que la température de chauffe désirée sera atteinte mais pas dépassée.
Lorsque l'on soumet les électrodes à une tension relativement élevée, il peut se produire une augmentation du courant à proximi-
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té du point de ramollissement, par suite d'une diminution secon- daire de la résistance, provoquée par effet Joule dans la région de la plaque de verre située entre les électridoes. Le dernier procédé cité est avantageux lorsque l'on utilise un dispositif automatique suivant la fig.2 non encore décrite.
En disposant plusieurs électrodes en différent points dela plaque de verre, on peut également saisir des différences de tem- pérature dans les plaque de verre et conduire l'échauffement de facon correspondante, par exemple par des éléments de chauffage supplémentaires. Il est au surplus possible de traiter de la même facon des pièces d'épaisseur irrégulière d'une manière satis- faisante.
Le dispositif représenté à la fig.l peut être également employé pour commander automatiquement le courant de chauffage par le courant de mesure ou bien également pour mettre automati- quement en marche des dispositifs qui font sortir la plaque de verre du four, ou procèdent à une opération analogue. A la fig.2 on a représenté schématiquement une installation automatique de ce genre. Les moyens pour la détermination de la propriété électrique de la plaque de verre sont les mêmes que ceux qui ont été décrits pour la fig.l et les mêmes chiffres de référence se rapportent aux mêmes pièces. A la place de l'ampèremètre 5, on a intercalé dans le circuit de mesure un relai ou interrup- teur de courant 6 qui se compose d'un enroulement magnétisant 7 et d'un rupteur 8 qui ferme en général le circuit 20 pour le chauffage du four.
Lorsque, par suite de la diminution de la résistance de la plaque de verre l, le courant de mesure prend une valeur déterminée à l'avance, la bobine magnétisante 7 est
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suffisamment excitée pour abaisser l'interrupteur 8 dont une par- tie constitue l'armature et pour ouvrir le circuit de chauffage.
Au lieu d'interrompre le courant de chauffage, on pourrait de même mettre en route un dispositif électrique par l'intermédiaire du relai, dispositif qui ferait sortir la plaque de verre du four, ouvrirait les portes du four ou changerait l'intensité du courant de chauffage par l'introduction de résistances.
Dans le circuit de chauffage on a encore indiqué la source de courant 21, un rhéostat approprié 10 et la résistance de chauf- fage 9 du four de chauffage.
Bien qu'il soit indiqué, pour observer les modifications de propriétés du verre, de choisir une propriété, qui, comme on l'a décrit, subisse une modification progressive, et finalement brusque dans l'intervalle correspondant au ramollissement, on peut également utiliser des propriétés dont le domaine de susceptibili- té aux transformations thermiques se trouve dans d'autres inter- valles de température par exemple au-dessus ou au-dessous de la température de ramollissement du verre. Dans ces cas, on doit employer des témoins de verre pris dans la pièce de verre à trai- ter et qui possèdent, de ce fait, exactement les mêmes propriétés que cette pièce. Des chutes provenant des corps considérés au cours des opérations de fabrication antérieure peuvent constituer des témoins de cette nature.
Ces témoins doivent être chauffés en même temps que l'objet principal et à la température voulue, mais avec une avance ou un retard.
On a représenté à la fig. 3 une installation pour la détermie nation de la température de chauffe par observation de la déforma- tion, c'est-à-dire du point de ramollissement d'un témoin préle- vé sur la pièce de verre à traiter.
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La plaque de verre 23 est suspendue dans un four de chauffage 22 par un dispositif de suspension 24 quel'on peut faire sortir du four par roulement sur les rails 25.
La plaque de verre est saisie par des pinces automatiques 30.
Au-dessus de la plaque de verre, un témoin 26 est fixé au dis- positif de suspension 24 et disposé de telle facon que sa for- me puisse être observée de l'extérieur de four. Lorsque le témoin de verre ou "montre" a passé le point de ramollissement, il se cintre et prend la forme représentée par la ligne poin- tillée 27. Comme la différence entre le point de ramollisse- ment de l'échantillon et celui de la plaque de verre, a été déterminée par des essais préalables, l'ouvrier a le moyen de déterminer à quel moment il faut interrompre le chauffage après le début de la déformation du témoin.
Lorsque le point critique de la propriété choisie pour la comparaison se trouve à l'intérieur ou à l'extérieur de 1' intervalle qui correspond au ramollissement de la pièce de verre à traiter, comme c'est le cas par exemple pour le ra- mollissement de l'echantillon de verre (fig.3), on doit chauf- fer le témoin pendant toute la durée de chauffage d'un cer- tain nombre de degrés plus forts que la plaque de verre à traiter, pour pouvoir interrompre le chauffage des le début de la déformation du témoin, avant que la plaque de verre à traiter n'ait atteint son point de ramollissement.
Dans le mode de réalisation suivant fig.3, le témoin 26 est fixé au-dessus de la plaque de verre à traiter et soumis à une température plus élevée que cette plaque, car la température est plus élevée dans le haut du four que dans le bas, et le ramollissement du témoin commence par suite avant le ramollissement de la plaque de verre. On peut également
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par le choix des dimensions de l'échantillon faire que son point de ramollissement précède l'autre d'une certaine quantité.
Si la différence de température obtenue de cette facon ne suffisait pas pour permettre l'interruption du chauffage au moment voulu, on peut disposer au voisinage de l'échantillon des éléments de chauffage supplémentaires non représentés.
Si toutefois la propriété à mesurer atteint son domaine de susceptibilité thermique à une température qui se trouve au- dessous du point de ramollissement du verre à traiter, la tempé- rature de l'échantillon doit être à chaque instant inférieure à celle de la plaque de verre à traiter, et l'on doit procéder parallélement au chauffage du témoin et au chauffage de la pla- que et les faire dépendre l'un de l'autre..
On peut envisager une installation de cette nature lors- que l'on utilise comme témoin de la poudre de verre dont le point de concrétion sert de propriété caractéristique. La concré- tion commence à une température beaucoup inférieure à celle du ramollissement du verre, en sorte que l'on doit chauffer la poudre de verre à une température moindre que la plaque de verre à traiter.
A la fig.4, qui correspond dans l'ensemble à la fig.3, est représentée une installation de ce genre. Les mêmes chiffres de référence se rapportent aux mêmes pièces. La poudre de verre que l'on doit obtenir également à partir d'un échantillon pris à la plaque à traiter est placé dans une chambre 28 qui est séparée du four principal par une paroi 29 en amiante, ou ana- logue, semi-perméable à la chaleur. On peut, par ce moyen simple, maintenir une différence de température constante entre la
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chambre principale du four et la chambre 28.
La chambre 28 peut être également complètement distincte du four, mais il faut prendre soin alors de chauffer parallèlement la chambre principale et la chambre de mesure 28.
A la fig. 5 est représenté un montage électrique qui donne l'instant de la concrétion du témoin par une mesure de la résistance.
Le verre pulvérisé 31 est placé entre deux électrodes 32 et 33, dont l'une 33 a la forme d'une coupelle. Les électrodes 32 et 33 sont placées dans la chambre distincte 28 (fig.4) avec la poudre de verre interposée. Le courant électrique pour la mesure de la diminution de la résistance, et par suite pour l'indication du moment de concrétion de l'échantillon, est emprunté à une source de courant 34 et amené aux électrodes par le fil 35 dans lequel sont intercalés un rhéostat 36 et un ampèremètre 37. Lorsqu'on utilise un instrument de mesure sensible pour la mesure de la grandeur de la résistance que l'on a évaluée à l'avance la différence de potentiel utilisée ne doit pas être assez grande pour qu'il se produise un effet Joule dans l'échantil- lon. On peut également déterminer de toute autre façon conve- nable. le point de concrétion.
A la fig.6, est représenté un dispositif de préhension automatique 38, connu en soi qui est toutefois combiné avec des électrodes, pour mesurer la résistance ou la conductibi- lité électrique de la plaque de verre. L'une des branches 39 de la griffe représentée, partiellement en coupe, se termite
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en une électrode qui est isolée d'une façon appropriée de la branche 39 par un isolement 41. La pointe isolée de l'électrode 40, que est en même temps une pointe de griffe, et la tenaille métallique 38 ont intercalées dans un circuit 42, qui peut également être composé comme le représente par exemple la fig.l. De cette façon, il est possible de mesurer la résistance de la plaque de verre suspendue 43.
Les dispositifs suivant figs.4, 5 et 6 peuvent être naturellement employés comme on l'a décrit à propos de la fig.2, avec un montage automatique de relais convenables, pour influencer le courant de chauffage, mettre en routeun dispositif pour faire rouler la plaque hors du four ou autre opération analogue. L'avantage du nouveau procédé, suivant l'invention, consiste également en ceci que l'on détermine individuellement pour chaque pièce de verre à traiter la température de chauffe par la mesure de proprié- tés physiques et que par suite, on peut s'approcher pour chaque pièce de verre autant qu'il est possible de la tem- pérature de ramollissement de cette pièce.