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Verfahren zum Vereinigen von Metall- und Glasteilen Ein bei der Verwendung
von Glas häufig auftretendes Problem ist die Befestigung von verschiedenen Zwecken
dienenden Metallteilen auf Glasgegenständen, bei der im allgemeinen von der Vereinigung
verlangt wird, daß sie, ohne zu brechen, denselben Beanspruchungen gewachsen ist
wie das Glasselber. Außerdem muß die Vereinigung oder Befestigung derart durchgeführt
werden können, daß dabei das Glas nicht auf eine Temperatur kommt, die nahe oder
über dem Erweichungspunkt des Glases liegt, so daß der Glasgegenstand genau seine
Form behält und, falls es sich um gehärtetes Glas handelt, der'. Härtungszustand
nicht verändert wird. Im Hinblick hierauf wird nach einem häufig angewendeten bekannten
Verfahren beispielsweise zunächst die Glasoberfläche an der Befestigungsstelle metallisiert
und dann der Metallteil auf die metallisierte Befestigungsstelle mit Hilfe eines
LätmetaJls befestigt.
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Die vorliegende Erfindung bringt eine besonders einfache neue Lösung
für die Vereinigung von Metall- und Glasteilen.
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In der Hauptsache besteht die Erfindung darin, da.ß die Bildung des
Metallteils und seine Verbindung mit dem Glasteil in einem einzigen Arbeitsvorgang
erfolgt, indem ein geschmolzenes Metall;
wie z. B. Blei unter den
folgenden besonderen Bedingungen unmittelbar auf das Glas gegossen wird. .
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a) Es wird eine Form benutzt, die an zwei Seiten offen ist, von denen
die eine auf den Glasgegenstand gelegt und von diesem geschlossen wird, während
die andere zum Einfüllen des geschmolzenen Metalls dient.
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b) Vor dem Zusammenbringen der beiden Teile werden der Glasteil und
die Form zusammen oder getrennt auf eine Temperatur nahe der Schmelztemperatur des
Metalls und unter der Erweichungstemperatur des Glases bzw., wenn es sich um gehärtetes
Glas handelt, auf eine Temperatur gebracht, die unterhalb derjenigen liegt, bei
der ein Nachlassen der Spannungen eintritt.
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c) Es werden Vorkehrungen getroffen, um zu verhüten, daß zwischen
der Oberfläche des Glases und dem erstarrten Metallteil,irgendeine Oxydschicht eingeschlossen
wird.
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Zu diesem Zweck besteht eine erste Maßnahme darin, die Abkühlung des
flüssigen Metalls derart vorzunehmen, daß sie nur langsam erfolgt. Dies läßt sich
dadurch erreichen, daß man dem zu giefienden Metallteil genügend große Abmessungen
gibt, um allein durch die Wirkung seiner Masse ein langsames Abkühlen zu gewährleisten.
Man kann die Abkühlung auch dadurch verlangsamen; daß man das Glas und die Form
mit einem Wärmeschutz versieht oder nach dem Gießen das anfängliche Heizen unter
allmählicher Verminderung fortsetzt. Bei Anwendung dieser Maßnahmen, welche sowohl
einzeln .als auch zusammen durchgeführt werden können, konnte festgestellt werden,
daß die .angestrebte Vermeidung der Oxydbildung durch die verzögerte Abkühlung erreicht
wurde; weil das Oxyd (oder andere Unreinigkeiten), wenn es sich an der Glasoberfläche
bildete, die Möglichkeit und Zeit hatte, zufolge seines geringeren spezifischen
Gewichtes in dem geschmolzenen Metall innerhalb der Form hochzusteigen.
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Eine andere Maßnahme besteht darin, das Gießen des Metalls zwischen
dem Schmelztiegel und der Glasoberfläche in einer nicht oxydierenden Atmosphäre
vorzunehmen, indem man beispielsweise die Gießvorrichtung, den Glasgegenstand und
die Form in einer mit nicht oxydierendem Gas gefüllten Kammer anordnet oder im Augenblick
des Gießens in die Form ein indifferentes Gas einbläst.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich also unmittelbar auf
dem Glasgegenstand in einem einzigen Arbeitsvorgang ein Metallansatz anbringen,
welcher fest an dem Glas sitzt und so selbst als mechanisches Organ dienen kann,
um den Glasgegenstand zu handhaben, oder auch als Verbindungsorgan zwischen dem
Glasgegenstand, und anderen zugehörigen Teilen. .
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Nachstehend werden einige beispielsweise Ausführungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Abb. i einen schematischen senkrechten Schnitt durch eine erste Vorrichtung, mittels
welcher auf einer Glasscheibe eine Anzahl von Ansätzen aus Metall gebildet werden
kann, Abb.2 eine schaubildliche Ansicht eines Teils einer Glasscheibe mit einem
solchen Ansatz besonderer Ausführung und Abb.3 einen senkrechten Schnitt durch eine
Anordnung, die die Anwendung der Erfindung auf das Vereinigen von zwei Glasscheiben
veranschaulicht.
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Bei der Einrichtung gemäß Abb. t bezeichnet t eine dichte Kammer,
die zur Ermöglichung der Überwachung und Beobachtung zum Teil verglast sein kann
und in der eine Atmosphäre eines indifferenten Gases (Stickstoff, Kohlensäure usw.)
unterhalten wird. Die Glasscheibe 2, auf welcher metallische Ansätze gebildet werden
sollen, ruht auf einer Heizplatte 3, die sich ihrerseits auf einem Wagen 4 befindet.
Der Wagen ist auf Schienen 5 mittels eines endlosen Seiles 6 fahrbar, welches über
Rollen 7 , läuft, deren eine von außen angetrieben 'wird.
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Auf die Glasscheibe werden an den gewünschten Stellen rohrartige Formen
8 aufgesetzt, die eine verhältnismäßig große Höhe von beispielsweise einigen Zentimetern
hat. Ein Wärmeschutz 9 deckt die ganze Glasscheibe außerhalb der Formen ab.
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Über dieser Einrichtung ist ein Schcaelzhehälter i o aus nicht oxydierbarem
Metall angeordnet, der am Boden ein dünnes Abflußrohr t i hat, das mittels eines
Ventils 12 durch ein Gestänge 13 geschlossen werden kann. Der Schmelzbehälter ist
von einer elektrischen Heizvorrichtung 14 umgeben. Zur Kontrolle der Temperatur
im Schnielzbehälter ist hier ein mit einem Galvanometer 16 verbundenes Thermoelement
15 vorgesehen.
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Die Arbeitsweise dieser Einrichtung ist wie folgt: Nachdem vor Verschließen
der Kammer t der Behälter i o mit einer gewissen Menge des Metalls, vorzugsweise
Bleis, aus dem die Ansätze gebildet werden sollen, gefüllt worden ist, werden die
Heizvorrichtung 14 und die Heizung des Tisches 3 in Betrieb gesetzt.
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Wenn das Glas und das geschmolzene Metall auf die geeignete Temperatur
gebracht worden sind, die bei Blei etwa zwischen 37o und 38o° C liegt, wird der
Wagen 4 vorgeschoben, bis die erste Form 8 senkrecht unter das Rohr i i kommt, worauf
durch Betätigung des Gestänges 13 das geschmolzene Metall aus dem Behälter i o zum
Ausfluß gebracht und die betreffende Form gefüllt wird. In gleicher Weise geht man
nacheinander für jede der anderen Formen 8 vor. Ist der Gießvorgang beendet, so
schaltet man die Heizung ab und läßt die ganze Einrichtung abkühlen, bis die Glasscheibe
aus der Kammer herausgeführt und vom Arbeiter gehandhabt werden kann. Dieser entfernt
den Wärmeschutz und die Formen und macht so die mit ihren metallischen Ansätzen
versehene Glasscheibe frei. Die Formen sind zweckmäßig kegelstumpfförmig, so daß
ihre Entfernung erleichtert wird.
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Bei dieser Ausführung des Verfahrens bleibt das Metall an seiner Berührungsstelle
mit dem Glas etwa i o bis 15 Minuten schmelzflüssig. Um eine gute Vermeidung der
Bildung von Unrcinigkeiten
an der Berührungsstelle zwischen Glas
Lind Nietall zu erreichen, ist es jedoch nicht unbedingt notwendig, daß das Nietall
solange flüssig bleibt, vielmehr wurden auch gute Ergebnisse bei kürzeren Zeiten,
beispielsweise von etwa 2 Minuten, erzielt.
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Anstatt die ganze: Einrichtung nach dem Gießen zu kühlen, kann man
auch von dem Augenblick der Beendigung des Gießvorgangs an den Wagen ,l, der die
Glasscheibe mit den gefüllten. Formen und den Wärmeschutz trägt, aus der Kammer
t herausziehen und das Ganze in eine besondere Kammer (nicht dargestellt) führen,
in der die Kühlung allmählich erfolgt. In diesem Fall wird der Schmelzbehälter t
o auf seine Arbeitstemperatur gehalten und, wenn die Metallcharge entsprechend bcmeseen
worden ist, kann er sogleich dazu verwendet werden, eine weitere Reihe von Ansätzen
auf einer anderen Glasscheibe zu bilden.
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Nach einer vorteilhaften Abänderung des Verfahrens kann man Formen
aus Metall benutzen, die auf den Ansätzen bleiben sollen. Für diese Formen wird
ein von dem Nietall der Ansätze verschiedenes Metall genommen, und zwar vorzugsweise
ein mehr oder weniger edles Lind gegen die Abnutzung widerstandsfähiges Metall,
wie beispielsweise Kupfer. Auf diese Weise erhält man unmittelbar ein Greiforgan,
welches ohne Nachbearbeitung den Erfordernissen seines Verwendungszweckes entspricht.
Eine derartige Ausführung ist als Beispiel in Abb.2 dargestellt. Sie zeigt auf einer
Glasscheibe 17 eine Gießform 18 von sogenannter Diaboloform, die aus cinetn ausgewählten
Metall oder auch aus einem gewöhnlichen Metall bestehen kann, welches dann allerdings
mit einem Metall überzogen ist, welches, wie beispielsweise Nickel, Chrom usw.,
gegen Abnutzung widerstandsfähig und von gutem Aussehen ist. Diese Gießform, die
an ihrem unteren auf dem Glas aufsitzenden Ende völlig offen ist, besitzt an ihrer
oberen Stirnfläche i9 nur eine kleine c)ffnung 2o, die gerade groß genug ist, um
den Strahl geschmolzenen Metalls einfließen zu lassen, der aus dem Ende des Rohres
t i austritt, das in diesem Fall von sehr kleinem Durchmesser sein kann. Da der
obere Teil der Giefiform die Gestalt eines umgekehrten Kegels hat, bildet die Form
eine Hülse, die fest auf dem inneren Kern aus erstarrtem Metall bleibt.
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Die Abb. 3 zeigt, wie sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf
die Vereinigung von zwei Glasgegenständen anwenden läßt. Es handelt sich hier beispielsweise
darum, zwei Glasscheiben 21 und. 22 in einem Winkel miteinander zu verbinden, indem
man ein geschmolzenes Metall 23 zwischen die beiden -Ränder 24 und 25 dieser Scheiben
gießt.
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Hierl>ci'wird die Form, welche das geschmolzene Metall aufnehmen soll,
hauptsächlich von den Teilen der Scheibe gebildet, die einander gegenüberliegen
sowie von einem Teil der Heizplatte 26, die mit den Glasscheiben eine Rinne bildet,
welche an ihren beiden Enden leicht durch Stopfen aus Asbest od. dgl. (nicht dargestellt)
geschlossen werden kann. Wärmeschutzmassen 27 und 28, die z. B. aus Asbest-Pappe
bestehen, sorgen für eine Verlangsamung der Abkühlung der Vereinigungszone. Diese
Art der Vereinigung von Glasscheiben kann zur Herstellung von Glasbehältern dienen,
die zufolge ihrer Bleifugen gegen Säuren widerstandsfähig sind, oder auch zum Zusammenbau
von Kirchenfenstern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vereinigung von Metall- und Glasteilen
ist auch anwendbar, wenn man auf dem Glas einen Metallbelag vorsehen will, der einen
beträchtlichen Teil der Oberfläche des Glasgegenstandes einnimmt und eine verhältnismäßig
geringe Stärke, beispielsweise etwa o,8 bis i,o mm, hat. Um einen derartigen Belag
oder überzug, beispielsweise zur Bildung von Spiegeln mit Bleibelag, anzubringen,
wird die Glasscheibe auf die Heizplatte gelegt und oberhalb der Scheibe in einem
geeigneten Abstand, etwa o,8 bis i,o mm, eine Wärmeschutzplatte angeordnet. In den
so zwischen der Glasscheibe und der Wärmeschutzplatte verbleibenden Zwischenraum
wird das Blei eingegossen, und es werden die bereits beschriebenen Maßnahmen angewandt,
um die Abkühlung der Schicht geschmolzenen Metalls zu verzögern.
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Bei Anwendung des Verfahrens auf gehärtetes Glas oder auf Spezialgläser
mit kleinem Ausdehnungskoeffizienten kann man das Vorerhitzen des Glasgegenstandes
auf eine Temperatur beschränken, die unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls
liegt, und dabei noch gute Ergebnisse erzielen.
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Anderseits kann man aber auch bei Verwendung dieser Gläser, die erhebliche
Temperaturschwankungen aushalten können, das Verfahren in der Weise ausüben, daß
man das Vorerhitzen des Glasgegenstandes derart verstärkt, daß er auf eine oberhalb
der Schmelztemperatur des Metalls liegende Temperatur kommt, wodurch sich eine zusätzliche
Möglichkeit ergibt, tun nach dem Gießen die Abkühlung des Metalls zu verlangsamen.
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Wenn es sich darum handelt; Ansätze aus Blei auf einer Hartglasscheibe
zu befestigen, kann man mit Vorteil die eigentliche Härtungsbchandlung mit dem vorliegenden
Verfahren vereinigen, so daß es nicht mehr notwendig ist, die Glasscheibe für das
Anschweißen des Metalls nochmal besonders zu erhitzen. Zu diesem Zweck wird nach
einem Erhitzen der Glasscheibe auf eine Temperatur von etwa boo' C, d. h. auf eine
Temperatur nahe dem Erweichungspunkt des Glases, die Scheibe, um sie in der in der
Technik üblichen Weise zu härten; einer plötzlichen Abkühlung durch Luftaufblasen
unterworfen, aber dieses Beblasen nach Erreichung der Härtung zu einem Zeitpunkt
unterbrochen; Nvo die Glasscheibe noch eine genügend hohe Temperatur hat, um ohne
die Notwendigkeit eines nochmaligen Erhitzens einen Metallansatz unter den Bedingungen
des vorliegenden Verfahrens anbringen zu können. Das Beblasen wird also gerade nur
für eine Dauer vorgenommen, die notwendig ist, um die Härtung zu gewährleisten.
Bei einem Glas von 3 mm Stärke kann die Härtung nach einem Beblasen von 5 Sekunden
erreicht sein. Man bringt dann auf die noch heiße Scheibe die vorerhitzten Formen
auf und gießt in diese das Metall ein. Alsdann läßt man das Ganze sich auf natürlichem
Weg in der
freien Luft abkühlen. Bei Ansätzen der üblichen Abmessungen,
beispielsweise Griffen von Fahrzeugscheiben, zeigt sich, daß das Metall nichtsdestoweniger
2 Minuten lang in flüssigem Zustand bleibt, was hinreichend ist, um zwischen dem
Glas und dem Metall einen Kontakt frei von Unreinigkeiten zu sichern. Diese Art
der Ausführung des Verfahrens stellt also ein besonders schnelles und wirtschaftliches
Mittel dar, um Metallansätze an gehärtetem Glas anzubringen.
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Für eine erfolgreiche Durchführung des Verfahrens ist es angebracht,
dafür zu sorgen, daß das Glas vor dem Vergießen des Metalls sauber ist. Zu diesem
Zweck kann in bekannter Weise eine Reinigung mit Polierrot oder rotem Eisenoxyd
oder mit verdünnter Flußsäure vorgenommen werden. Am besten aber erfolgt nach einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung die Reinigung mit Hilfe einer beispielsweise
ioprozentigen kochenden Sodalösung durch einfaches Eintauchen des Glasgegenstandes
in diese Lösung und nachfolgendes Abspülen mit gewöhnlichem Wasser, welches durch
destilliertes Wasser abgeschlossen wird. Im Falle von Hartglas, bei dem man das
Aufgießen des Metallteils am Ende des Härtungsvorganges unter Ausnutzung der nach
Erreichung der Härtung im Glas noch vorhandenen Wärme ausführt, ist ein besonderes
Reinigen nicht erforderlich, weil das Glas, da es in dem Heizofen auf 6oo° C für
das Härten gebracht worden ist, dabei völlig von allen, organischen Unreinigkeiten
(Fett usw.), die sich etwa im Laufe der vorhergehenden Behandlungen auf der Glasoberfläche
angesetzt haben, befreit wird. Die Ausführung des Verfahrens bei Hartglas ist also
besonders vorteilhaft, weil dabei weder eine vorherige Reinigung noch ein Wiedererhitzen
des Glasgegenstandes erforderlich ist.
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Wie schon gesagt, wird bei dem vorliegenden Verfahren mit Vorteil
Blei gebraucht. Es können: aber auch andere Metalle benutzt werden, wie beispielsweise
Zink oder auch Legierungen, insbesondere Legierungen von Zinn und Zink. Eine Legierung
von 75010 Zinn und 250/0 Zink, die bei etwa 300° C schmilzt, hat gute Ergebnisse
geliefert. Eine Legierung von 920/0 Zinn und 8% Zink, welche das Eutektikum darstellt,
bietet besondere Vorteile wegen ihrer vollkommenen Homogenität im geschmolzenen
Zustand und wegen ihres Sch@melzpunktes, der, da er nur 192' C beträgt, es ermöglicht,
die Temperatur der Vorerhitzung des Glasgegenstandes entsprechend herabzusetzen.