CH407424A - Verfahren zur Ausbildung glatter, massgenauer Aussenoberflächen an Körpern aus glasartigem Werkstoff - Google Patents

Description

  Verfahren zur Ausbildung     glatter,    massgenauer     Aussenoberflächen    an Körpern  aus     glasartigem        Werkstoff            Die        Ausbildung    von     Oberflächen        mit        bestimm,          ten    Abmessungen     ran    :

  Körpern     ausglasartigem    Werk  stoff     wird    zu     einem        nicht        leicht    zu     lösenden    techni  schen Problem,     sobald    an die zu     :erreichende        Prä-          zision    höhere     Anforderungen        gestellt    werden.

   Wo       Toleranzen    in .der     Grössenanordnung    von 0,00:1 mm       eingehalten    wenden     müssen,    erfolgt die letzte Form  gebung     (Kalibrierung)        in    der Regel     idurch        Schleifen,     gegebenenfalls mit nachfolgendem Polseren. So wer  ,den z. B.

   Glasgeräte, welche zum     Zuslammenbau          chemischer    Apparate verwendet wenden, wie Kolben,       Destillieraufsätze,        Kühler,    Stopfen, Hahnenkörper       und        -kücken        und        dergleichen,    an den Verbindungs  stellen durch     Schleifen        mit    genormten, meist koni  schen inneren und     äusseren        Passflächen    versehen, die  ein lösbares Zusammenstecken     dieser    Teile bei völ  liger Auswechselbarkeit gestatten.  



  Das Schleifen von Glas ist jedoch verhältnis  mässig     kostspielig,        und    die durch Schleifen auf     die     erforderliche     Präzision        gebrachten        Oberflächen    wei  sen nicht .mehr ,die ursprüngliche Glätte oder erstarrten  Glasoberfläche auf, sondern     sind,    falls     nicht        eine     die     Kosten    nochmals erhöhende Polieroperation :an  geschlossen wird,     verhältnismässig    rauh.

   Dadurch       sind    sie dem     Angriff        verschiedener        Chetnikaken     stärker ausgesetzt, was z. B. .bei     ider        Einwirkung     starker     Alkalien        ,auf        die    erwähnten Geräte zum       Zusammenbacken        adereinzelnen        Teile    führt;

       auch          adsorbi@eren        sie        Fremdstoffe    stärker :als eine unver  letzte Glasoberfläche,     @so        (d@ass    oft     eine    einwand  freie Reinigung der     Schliffflächen    nach dem Gebrauch  nicht mehr     möglich    ist.

   Konische     Schliffflächen        an     Glashohlkörpern können ausserdem     nichtgeometrisch     :genau erzeugt werden; :durch Vibration     und    durch  Unwucht infolge ungleichmässiger Wandstärken     !des     Glases entstehen während des Schleifvorganges     stets       nur der Rundform angenäherte Polygone.

   Diese Un  genauigkeit     gestattet    die     Diffusion        von        Gasen        und          führt    ferner,     ,zusammen        mit        ider        durch        Idas    Schlei  fen     verursachten        Oberflächenrauhigkeit,        häufig        zum          Festklemmen    ,

  der     Schliffteile.    Zur     Vermeidung        dieser          Übelstände    wenden die Schliffflächen vor     idem    Zu  sammenfügen     gewöhnlich    mit einem speziellen  Schmier- und     Dichtungsmittel,    zum Beispiel einem  Vakuumfett, überzogen.

   Dieses kann aber von  in     ider    Apparatur     .enthaltenen    Lösungsmitteln oder       Lösungsmitteldämpfen    herausgelöst werden,     womit     seine     Wirkung        dahinfällt        .und    .das     Reaktnonsigut        ver-          unreinigt        wird.     



  Zur Ausbildung massgenauer     Innenoberflächen          an    gläsernen     Hohlkörpern        für        Spezialzwecke,    z. B.  für     Strömungsmesser,        Injektionsspritzen    und     iderglei-          chen,

          wurden        ausserdem        besondere    Methoden der       Warmverformung        entwickelt.    Diese fanden jedoch  keine     Anwendung    für die     Anbringung    von     Pass-          flächen    oder     erwähnten        ,Art,        was    unter     anderem    dar  auf     zurückzuführen    ist,

   dass für     idie        Ausbildung    der       korrespondierenden    äusseren     Passflächen    vom     Schleif-          verfahren        nichtabgegangen    werden     konnte,        Ida    hier  mit keinem .andern     Formgebungsverfahren    die     .gleich     hohe     und        .für    diese und     andere    Zwecke unabding  bare     Präzision    erreichbar war.  



  Mit     ;dem        Verfahren    nach der     vorliegenden        Er-          findung    ist es nun     möglich,    an Körpern ,aus     glas-          artigem        Werkstoff        glatte,        massgenaue        Aussenober-          flächen    rauszubilden,

   welche     hinsichtlich    ihrer Prä  zision     Iden    bisher     verwendeten        Schliffflächen        minde-          stens        ebenbürtig        sind,    ohne .aber die     angeführten          Nachteile,    wie hohe     Gestehungskosten    und     aufge-          rauhte        Glasoberfläche,

          aufzuweisen.        Dieses    Verfah  ren     ist        idadurch        gekennzeichnet,        @dass    man den auf       die    angenäherten     Sollmasse    vorgeformten, :

  auf     eine         Temperatur im unteren Verarbeitungsbereich     erhitz          ten    Körper oder Körperteil in ein mit der erforder  lichen Präzision gearbeitetes Formwerkzeug, das auf  eine     Temperatur        dm    oberen     Transformationsber.eich     des     glasartigen    Werkstoffes     erhitzt    ist, einführt und  ,die zu     kalibrierende        Aussenoberfläche        ides    Körpers  auf der Abbildungsfläche des     Formwerkzeuges    zum  Aufliegen bringt,

   !und     @dass    man den     Körper    nach  Abkühlung     mindestens    seiner äusseren Zone auf eine  im unteren     Transformationsbereich    oder :darunter  liegende Temperatur     idem    Formwerkzeug     entnimmt.     



  Die     Vorformung    de Körpers ;aus     glasartigem     Werkstoff auf die angenäherten Sollmasse kann nach  einem der gebräuchlichen     Warmverformungsver-          fahren    erfolgen. Soweit es sich um rotationssym  metrische Körper handelt, geschieht sie z. B. durch  Bearbeitung :des auf eine Temperatur     im        Bearbd-          tungsbereich    :erhitzten Körpers .auf der Drehbank  unter Verwendung passend geformter Rollen.     Dabei     soll bereits eine möglichst     gute        Annäherung    an die  endgültigen Masse angestrebt werden.

   Die     Toleranzen     des     Vorformlings    .gegenüber den     ,Sollmassen    sollen  im allgemeinen in der Grössenordnung von  0,01 mm     liegen,    was mit     konventionellen        Warm-          verformungsverfahren    eben noch erreichbar ist.

   In       bestimmten        Fällen    sind :etwas grössere     Abweichun-          gen        zulässig.    So ist     @es    möglich, zur     Kalibrserung     von Hohlkörpern, die unmittelbar nach     Einführung     in das Formwerkzeug ,durch inneren Gasdruck,     !d.    h.       durch    Blasen, etwas     geweitet    werden können, von       Vorformlingen        auszugehen,    ,die     :ein        Unterspass    in der  Grössenordnung von 0,1 mm saufweisen.

   Die Aussen  oberfläche solcher     Hohlkörper    wird     idaan    erst durch  die     Blasoperation    auf der Abbildungsfläche des       Formwerkzeugs    zum Aufliegen gebracht.  



  Vor der Einführung des     .auf        idieangenäherten     Sollmasse vorgeformten Körpers in     das        Formwerk-          zeug    wird der     Vorfonmling    .auf eine im unteren Ver  arbeitungsbereich des     betreffenden    glasartigen Werk  stoffes     liegende    Temperatur erhitzt.     .Massgeblich    für  :

  den     einzuhaltenden    Temperaturbereich     bzw.    dessen  obere und untere     Grenze    ist,     !dass    (der     Vorformling          einerseits    genügend     Eigenfestigkeit    hat, um ohne  Formveränderung, z.

   B.     idurch    Einwirkung der  Schwerkraft, in das Formwerkzeug eingeführt zu  wenden,     ;anderseits    aber genügende plastische     Ver-          formb,arkeit    .aufweist,     :dass    ;die gewünschte     Kaiibrie-          rung    ohne Ausbildung von     Spannungen    noch     möglich     ist und     -beispielsweise    ein mit ;

  geringem     Untermass          eingeführter    Hohlkörper durch     inneren        Gasüberdruck     noch     geringfügig    expandiert und so zum     Aufliegen     auf     :.der        Abbildungsfläche    des     Formwerkzeuges    ge  bracht werden kann.

   Dies     trifft    zu im unteren     Ver-          arbeitungsb-.reich    des betreffenden     Werkstoffes,    wel  cher     einer    dynamischen     Zähigkeit    von     etwa    106       bis        10 &         Poise    entspricht.

   Einer     unerwünschten     Formänderung des auf     .eine    Temperatur in     diesem     Bereich erhitzten     Vorformlings        wird        zweckmässig     auch :durch     entsprechende    Anordnungen     begegnet,     z. B. durch Rotation des     waagrecht    gehaltenen     Vors            formlings    mindestens bis nach seiner     Einführung     in     ;das    synchron .drehende Formwerkzeug.

   Das Er  hitzen des Körpers auf .die erforderliche Temperatur       geschieht    vorzugsweise im gleichen Arbeitsgang wie       ,dessen        Vorformung    auf die angenäherten     Sollmasse.          Erfolgt    diese auf einer Drehbank, so ist gleichzei  tg die Möglichkeit ;der erwähnten Rotation von  erhitztem     Vorformling    -und Formwerkzeug :gegeben.  



  Im Moment -der Einführung des     Vorformlings     in .das Formwerkzeug soll letzteres auf eine Tempe  ratur im oberen     Transformationsbereich    des glasarti  gDn     Werkstoffes    erhitzt sein. Der gesamte     Transfor-          mationsbereich    entspricht     definitionsgemäss    einer dy  namischen Zähigkeit im Bereiche von etwa     10112          his    1015     Poise.    Die<I>obere</I>     Temperaturgrenze    des       Formwerkzeuges    ist dadurch     gegüben,

          @dass    bei zu       hoher        Werkzeu"atemperatur    der Körper aus     :glasarti-          !geem    Werkstoff ,an     ider        Abbildu.ngsfläche    des Form  werkzeugs     anklebt,        was,die    Ausbildung     einerglatten,     präzisen Oberfläche beeinträchtigt.

   Bei einer zu tie  fen Temperatur     ides        Formwerkzeugs    wird die ge  wünschte     .Abbildungsgenauigkeit    ebenfalls nicht mehr       erreicht,    weil     !dann    !der Werkstoff nach     seiner    Be  rührung mit     denn    Formwerkzeug zu rasch erstarrt.  



  Soweit es     sich    um :die     Kalibrierung    von Hohl  körpern handelt,     weist    der     Vorformling    zweckmässig  ein Untermass in der Grössenordnung von 0,1 mm  auf und .wind, nachdem er in     plastischem    Zustand  in     idaserhitzte        Formwerkzeug    eingeführt wunde,  durch     Gasdruck        zum        Aufliegen    auf der     Abbildungs-          fläche    des     Formwerkzeuges    gebracht.

   Hierzu genügt  bei der     genannten    Toleranz und bei :der angegebenen  Temperatur des     ,glasartigen    Werkstoffes ein     inner-          rer        Überdruck    von etwa 1-2 atü. Am einfachsten  wird Luft     .als    Druckgas verwendet, doch sind auch       .andere        Gase    anwendbar. Zur Erzeugung des benötig  ten Gasdruckes ist es zweckmässig, das eine Ende  des Hohlkörpers verschlossen     zu    halten und auf  der anderen Seite eine Druckquelle anzuschliessen.

    Beidseitig offene, röhrenförmige Hohlkörper werden  an ihrem vorderen Ende zweckmässig erst nach !der       Formung    !der     .Aussenoberfläche    ;geöffnet, z. B. durch       Abschmelzen    oder Abschneiden der vorderen Glas       kupp,-          Der    Formling wird während     :einer        gewissen        Zeit,     welche von Grösse, Gestalt und Materialeigenschaf  ten sowohl das     Formlings    als auch des     Formwerk-          zeuges    abhängt und     sm    Bereiche von etwa 10 bis  30 Sekunden liegt, im Formwerkzeug belassen.

   Dabei  gibt er     zufolge    ;seiner höheren     Temperatur    Wärme       an        das        Werkzeug    ab, welches .in der     Zone    seiner       Abbildungsfläche        kurzzeitig    eine höhere Tempera  tur annimmt, nach aussen dagegen Wärme verliert  und sich insgesamt abkühlt. Diese Abkühlung kann       gewünschtenfalls    durch ein Kühlsystem noch     be-          schleunigt    werden.

   Nachdem     sich    das Formwerk  zeug (und     zeit    ihm :auch     mindestens        die        äussere    Zone  des     Formlingsy    auf :eine Temperatur im unteren       Transformationsbereich    des     .glasartigen        Werkstoffes         abgekühlt hat,     wird    der     Formling    aus     Odem        Form-          werkzeug    ausgefahren.

   Eine zu frühe Entnahme hat  eine Beeinträchtigung der angestrebten Präzision zur  Folge, sei :es,     :dass    oder Formling noch zu     weich     ist .und durch     idie        :mechanische        Beanspruchung        beim          Ausfahr-.n,deformiert    wind, oder     dass    der     Abbildungs-          vorgang    noch :nicht     völlig        @abgeschlossen    ist.

   Eine  untere Temperaturgrenze für :die Entnahme     des     Formlings kann dadurch gegeben     .sein,        ;dass,        Ida    der       Wärmeausdehnungskoeffizient    des glasartigen Werk  stoffes     mindestens    unterhalb von     dessen        Transfor-          mationspunkt    in der Regel kleiner     ist    als     derjenige     des meist metallischen Werkzeugmaterials, der     Form-          ling    vom     sich        :

  bei    der weiteren Abkühlung     stärker     kontrahierenden     Formwerkzeug    unlösbar festge  klemmt     wind,    was im Extremfall zum Bruch des       Formlings    oder zur bleibenden     Deformation    des       Formwerkzeugs        führen    kann.

   Ein derart festge  klemmter     Formling    kann ohne Zerstörung nur durch  :     Wiedererwärmen    :des     Formwerkzeuges    gelöst     wexiden.          Normalerweise    wird aber     die        gewünschte        Präzision     auch ohne so     starkes    Abkühlen :und     Wiedererwärr          men    erreicht, :so     @dass    dieses Vorgehen eine     unnötige     Komplikation darstellt.

   Der technisch und     wirtschaft-          lich        günstigste    Augenblick für das Ausfahren liegt  in .der Regel     dann    vor, wenn ,dieses     mit        einigem     Kraftaufwand -     allenfalls        unter        Zuhilfenahme    pas  sender mechanischer Mittel - gerade noch     möglich     ist.  



  Das Formwerkzeug ,besteht     vorzugsweise        aus     einem Metall, das den auftretenden Ansprü  chen     bezüglich    Warmfestigkeit, Oxydationsbestän  digkeit usw. zu (genügen vermag. Geeignet     sind    z. B.  Werkzeuge     Baus        verchromtem    Stahl,     verchromtem     Kupfer sowie     Speziellegierungen    wie     Nimonic    (Wa  renzeichen) und     Inconel    (Warenzeichen).  



  Die     Absolutwerte    der im erfindungsgemässen Ver  fahren wesentlichen Temperaturen, die oben wie       üblich        als    Funktion der     dyn        amischen        Zähigkeit    (Vis  kosität) des glasartigen Werkstoffes angegeben     wur-          ,den,    können (den     einschlägigen    Tabellen und Kurven  entnommen werden.

   Beispielsweise liegt für das ge  bräuchliche Apparateglas     DURAN    50 (Warenzei  chen) der     Transformationsbereich    zwischen etwa 500  und 600  C,     während    der     Verarbeitungsbereich    bei  etwa 780  C     beginnt.     



  Ein     Ausführungsbeispiel    der Erfindung     wird     nachstehend     .anhand    der beiliegenden     Zeichnung        be-          schrieben,        in        welcher    ,die     Fig.    1 bis 4 vier     Einzel-          schritte    für die     Erzeugung        einer    glatten,

   konischen  Aussenoberfläche     @am    Endabschnitt     eines        rota-          tionssymmetrischen    Hohlkörpers aus     Apparateglas           DURAN   <B>50 </B> darstellen, während     Fig.    5     einen    in  gleicher Weise     herstellbaren    Hohlkörper     mit        kugel-          fömigem    Endabschnitt zeigt.  



  <I>Beispiel</I>  Das in den     Fi:g.    1 bis 4     dargestellte    Ausführungs  beispiel zeigt, wie der     Endabschnitt    ,der Aussenflä-    ehe     (das    mit     ider        Fig.    1     :dargestellten        zylindrischen    Glas  rohres 1 mit     :einer        ,glatten    Gleit- und     Passfläche    ver  sehen wird.  



  Das     in        Fig.    1 dargestellte Rohr 1 wird hochprä  zis     sachsenzentrisch    in :einem drehbaren Futter einge  spannt, damit es     während    des     ganzen        Bearbeitungs-          vorganges    um     seine        Längsachse    gedreht werden kann,  was zur     ErzDu@gung        qualitativ    einwandfreier     Produkte          zweckmässig    ist.

   Man verschliesst :das vordere Rohr  ende auf     irgendeine        @an    sich bekannte Weise, indem  man es z. B.     zuschmilzt,    wie ,das in der     Fig.    2 dar  .gestellt ist, wo die Schmelzstelle mit 1a     bezeichnet     ist.

       Alsdann        igitt    man dem Endabschnitt     eine        @an-          genäherte    Gestalt, die     gegenüber    der     endgültigen     Form ein     Untermass    in der Grössenordnung von  0,1     mm        ,aufweist.    In der     Fig.    3 sind die     für        diesen     Vorgang     benötigten        bemden    Werkzeuge     mit    2 und  3     bezeichnet.    Bei diesen,

   Werkzeugen     handelt    es  sich um Kohlen- oder     Metallrollen,    die um ihre       Achsen    2a     resp.    3a     frei    :drehbar gelagert     sind.        Diese          Werkzeuge    werden vorerst in die     richtige    Lage     ge-          ,bracht.    Es     wird    also die Rolle 2 so     eingestallt,    dass  sie auf dem Glasrohr 1     aufliegt,

          wogegen    die Rolle 3       .allmählich    an     Idas    Rohr 1 herangeführt     wird,    wäh  rend     man    dieses     mit    oder Acetylenflamme 4     erweicht,     die man zwischen den beiden Stellungen 4 und  4' hin und her bewegt.

   Gleichzeitig lässt man ins  Rohrinnere sorgfältig     dosiert    Druckluft einströ  men, bis der     Rohrendabschnitt    .die in     ider        Fig.3          dargestellte        konische    Form angenommen hat. .Dar  auf     führt    man den vorgeformten und auf etwa 800 C  erhitzten     Endabschnitt        1b    in     @die        auf        ungefähr    590  C       vorgeheizte    Form 5 ein, die z.

   B. aus     Inconel        (Wa-          renzeichen)    besteht. Diese Form ist wie die     übrigen     Werkzeuge     idrehbar    und hochpräzis     ochsenzentrisch          gelagert    und läuft mit dem sich drehenden Glas  rohr     mit.        Die    äussere     Oberfläche    ödes     vorgeformten     Rohrteils wind     idurch        erneut        ins    Rohr     eingelassene     Druckluft zum Aufliegen auf der Abbildungsfläche  des Formwerkzeugs  <RTI  

   ID="0003.0207">   gebracht.    Nach     Abkühlung    des       Formwerkzeuges    um etwa 50-70  C,     wozu    etwa 20  Sekunden erforderlich sind,     wind    oder     Formling    durch       .axialen    Zug aus     dem    Formwerkzeug entnommen,       nachdem    :

  der Druck auf     Atmosphärendruck    redu  ziert wunde.     Gew'ünschtenfalls    wind (das     Rohr        idurch          Abschneiden    oder     Abschmelzen        jder    Spitze     geöffnet.     Nach seiner     völligen        Abkühlung    ist     oder   RTI ID="0003.0227" WI="14" HE="4" LX="1755"LY="2097">  Formling     vollkommen     entspannt;        -ein    :besonderes     Tempern    ist  nicht     erforderlich.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Ausbildung glatter, massgenauer Aussenoberflächen an Körpern aus iglas:artigem Werk stoff, dadurch gekennzeichnet, @dass man den rauf die angenäherten Sollmasse vorgeformten,

   auf eine Temperatur im unteren Verarbeitungsbereich erhitz ten Körper oder Körperteil in ein zeit oder erforder- lichen Präzision gearbeitetes Formwerkzeug, das auf eine Temperatur im oberen Transformationsbereich ,des glasartigen Werkstoffes erhitzt ist,

   einführt und die zu kalibrierende Aussenoberfläche .des Körpers auf :der Abbildungsfläche ;des Formwerkzeuges zum Aufliegen bringt,

   und idass man den Körper nach Abkühlung mindestens seiner äusseren Zone auf eine im unteren Transformationsbereich oder darunter liegende Temperatur dem Formwerkzeug entnimmt. UNTERANSPRUCH Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, .dass man bei Hohlkörpern den ein geringes Untermass aufweisenden,

   erhitzten Vorformling nach Einführung in das Formwerkzeug durch inneren Gas druck zum Aufliegen .auf (der Abbildungsfläche des Formwerkzeuges bringt.