CN104159857A - 用于激光辅助的玻璃成形的成形工具、方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明的任务是，在玻璃产品的变形加工中，例如在将玻璃管变形加工为注射器体的情况下减小调校耗费。为了加热要变形加工的玻璃初级产品(3)的玻璃使用激光器(5)，该激光器发射出如下波长的光，玻璃初级产品(3)的玻璃对于该波长的光来说是充其量部分能穿透的，从而光至少部分在玻璃中被吸收。此外，本发明还涉及一种成形工具(7)，该成形工具包括成形销(75)，其中，成形销(75)至少在变形加工期间形成与玻璃接触的接触面的区域中包括温度稳定的陶瓷材料。

Description

用于激光辅助的玻璃成形的成形工具、方法和设备

技术领域

本发明通常涉及一种玻璃产品的制造。特别地，本发明涉及一种通过激光辅助的热变形加工来制造优选空心体形的玻璃产品，其中，使用包括成形销的成形工具。成形销优选包括温度稳定的陶瓷材料。

背景技术

在制造例如玻璃注射器时，锥形部的成形是重要的方法步骤。通常，在此使用如下过程，该过程利用以化石燃料运行的燃烧器来加热玻璃。塑形的常见的流程在此包括多个连续的加热和塑形步骤，利用该加热和塑形步骤，从管玻璃体出发接近所期望的最终几何形状。所使用的管玻璃的常见的直径在6至11毫米的范围内。

此外，原则上可以成形出具有15毫米至40毫米的常见的直径的小药瓶。

利用燃烧器在多个步骤中进行成形的设备例如由DE10 2005 038 764B3和DE10 2006 034 878B3公知。这些设备构造为回转机。

加热和玻璃成形步骤的重复交替是必需的，这是因为要成形的玻璃坯件通过成形工具被冷却，从而在唯一的成形步骤中的成形迄今是不可能的。这样的方法多次在编入索引的回转机器上实现，这是因为这样的设备成本低廉地工作，并且节省空间地构建。例如具有16或32个站的回转机是公知的。由塑形过程的分站式(stationsweise)分布得到多个调整参量或自由度，它们例如借助用于调校整个过程的手动的调节过程来调整。但正好在借助化石燃料的热输入的情况下得到多个自由度。在此，对火焰和玻璃状态或温度及其分布的可视化的评估通常是必需的。

此外，各个站上的多个自由度或可调整的参数能够实现通过在玻璃成形中的中间步骤的不同的组合和/或顺序执行不同的方法流程，但其最后应该导致相同的结果。基于过程控制的多个可调整的参数以及缺少的校准和/或可校准性，机组操作人员的影响对于最终产品的质量以及制造过程的效率来说是很重要的。

即使除了在回转机器上原则上已经成本比较低廉地实现了塑形之外，还可以避免在耗费的自动化功能中的附加的投资，但是尽管如此生产仍然强烈地依赖于有经验的且受过很好培训的操作人员。因此，在制造成本方面存在很大的人员耗费。

在生产的开始阶段，对机组的所有相关执行器的耗费的精校就已经是必需的。因此，在迄今的回转机器上都存在用于锥形部成形的多个夹紧夹头，例如16或甚至32个夹紧夹头。总体上，包括调试过程在内，为了达到稳定的过程流程，数小时到数天的时间段为此通常是必需的。此外，通常在生产期间，对多个站的再调校也是必需的。

此外，所谓的跑入现象也会导致对处理过程的干扰。跑入现象尤其通过由于通过燃烧器加热机组部件导致的热膨胀产生。

由于过程控制的复杂性，另一问题是在塑形期间不能特别精确地控制温度，并且因此可能导致波动。由于该原因，对于成形工具来说经常必须使用特定的材料，这些特定的材料可以与特定的玻璃相关地或者在这些玻璃的特定的使用方面导致问题。

这尤其是针对成形销，其通常在塑形期间构造出位于空心体内部的、与提到的空心体形的玻璃产品接触的接触区。因此，成形销在玻璃塑形中通常包括如下材料：例如钨或铑。但是，它们可能导致在空心体内的材料残留物，这些残料残留物在之后的使用中，例如在制药领域内，可能会导致与填充的有效物质的不期望的相互作用。

发明内容

因此，本发明的任务是说明如下设备、变形加工方法和成形销，利用该成形销可以在制成的玻璃产品的至少保持不变的质量的情况下明显减小调校耗费，并且可以使生产过程稳定。此外，可以在很大程度上降低或甚至完全排除在空心体形的玻璃产品内的不期望的材料残留物的形成的危险。

该任务通过独立权利要求的主题来解决。本发明有利的改进方案在相应的从属权利要求中进行说明。

据此，本发明还涉及一种用于变形加工空心体形的玻璃产品的成形工具，其包括成形销，该成形销包括温度稳定的陶瓷材料。

此外，本发明设置了一种用于变形加工玻璃产品的设备，其包括：

-用于将玻璃初级产品的区域局部加热至其软化点之上的装置，以及

-至少一个成形工具，其用于变形加工玻璃初级产品的以用于局部加热的装置被加热的区域的至少一个区段，其中，成形工具包括陶瓷成形销，并且其中，用于局部加热的装置包括：

-激光器，

-其中，设置有旋转装置，以便使成形工具和玻璃初级产品相对彼此旋转，并且其中，

-以如下方式构造成形工具，即，使玻璃初级产品的要变形加工的区段的表面区域不被成形工具覆盖，其中，激光器或接在激光器之后的光学器件以如下方式布置，即，使激光在变形加工时射入到没有被成形工具覆盖的区域上，并且其中，设置有操控激光器的控制装置，从而使玻璃初级产品在变形加工期间至少部分通过激光被加热。

成形工具此外还包括辊子对，其以如下方式布置，即，使辊子对的辊子在借助旋转装置进行旋转的玻璃初级产品的表面上滚动，其中，在玻璃初级产品的周边上的位于辊子之间的区域被激光照射。

为了加热在设备中要变形加工的玻璃初级产品的玻璃，使用如下激光器，其发射出如下波长的光，玻璃初级产品的玻璃对于该波长的光来说是充其量部分能穿透的，从而光至少部分在玻璃中被吸收。

可利用该设备执行的用于变形加工玻璃产品的方法于是相应基于如下：

-加热玻璃初级产品的局部区域至其软化点之上，并且

-利用至少一个成形工具变形加工玻璃初级产品的以用于局部加热的装置被加热的区域的至少一个区段，其中，成形工具包括陶瓷成形销，或者通常包括至少在与玻璃初级产品接触的接触区域中具有陶瓷表面的成形销，其中，用于局部加热的装置包括：

-激光器，

-该激光器发射出如下波长的光，玻璃对于该波长的光来说是充其量部分能穿透的，从而光至少部分在玻璃中被吸收，并且该激光器被对准玻璃初级产品，

-其中，成形工具和玻璃初级产品借助旋转装置相对彼此旋转，并且其中，

-以如下方式构造成形工具，即，使玻璃初级产品的要变形加工的区段的表面区域不被成形工具覆盖，并且其中，

-激光器或接在激光器之后的光学器件以如下方式布置，即，使激光在变形加工时射入到没有被成形工具覆盖的区域上，并且其中，借助控制装置来操控激光器，从而使玻璃初级产品在变形加工期间至少部分通过激光被加热。

红外线激光器通常特别适用于作为激光器，这是因为玻璃的透射率通常由可见光谱范围朝向红外线范围下降。优选激光器的波长选择成使要加工的玻璃物体的玻璃在该波长下具有至少300m^-1，特别优选至少500m^-1的吸收系数。那么在300m^-1的吸收系数的情况下，激光功率的大致25％在穿过具有1毫米壁厚的管玻璃的壁时被吸收。在500m^-1的吸收系数的情况下，光的大致60％已经被吸收，并且可以用于加热玻璃物体。

通常对于成形注射器体来说，具有小于1千瓦的辐射功率的激光器足以确保足够快地加热玻璃产品。为了在变形加工期间保持温度，通常需更少的功率。小于200瓦的辐射功率为此经常就足够了。被射入的功率的优选的范围位于30与100瓦之间。但针对成形更大的玻璃物体，例如从具有20毫米或更大的直径的管玻璃成形玻璃物体，必要时更大的功率也有利于确保快速的加热。在本文中举出针对医药小药瓶的瓶颈的成形作为示例，这些制药小药瓶由具有20毫米至30毫米的直径的管玻璃制成。

据此，在本发明的改进方案中规定，在变形加工过程之前的加热阶段中，使激光器以第一功率运行，而在变形加工过程期间将该第一功率减少至第二功率。优选地，第二功率至多是第一功率的四分之一。

因为根据本发明，在玻璃初级产品的强制变形加工期间持续输送热能，所以可以在变形加工过程期间避免或者至少减少冷却。优选地，在要开始的强制变形加工之前且直到强制变形加工过程开始之后的某个时间点都射入激光辐射。

但根据本发明的另一实施方式也可行的是，成形工具不在玻璃初级产品上滚动，而是可以在玻璃上滑动。尤其是为此可以使用适合的润滑剂或分离剂。也就是说，具有滚动的辊子和滑动的成形工具的两个实施方式也可以同时或依次使用。注射器体的喷嘴或注射器锥形部或通道的内部成形例如可以借助滑动的成形销来进行，而注射器锥形部的外部成形则利用滚动的辊子来执行。

此外，根据本发明的设备和方法优选用于变形加工空心体形的，尤其是管形的玻璃初级产品。在此，尤其是可以构造出用于压缩，优选径向压缩空心体形的玻璃初级产品的区段的成形工具。例如在从空心体形的玻璃管造型的玻璃初级产品成形注射器体的锥形部的情况下执行这种压缩。

本发明不仅提供如下优点：之前被加热的玻璃初级产品的冷却可以通过在玻璃强制变形加工期间的激光辐射来补偿。具体而言，激光辐射相对于迄今使用的燃烧器也提供了如下优点：可以在时间和位置上准确且精细地进行调整。因此，在本发明的改进方案中可行的是，在位置或时间上调节或调整激光辐射，从而沿玻璃初级产品的被加热的区段调整出预限定的温度曲线。为了与所期望的温度曲线相应地调整激光功率，可以在本发明的改进方案中设置光学器件，其接在激光器之前，并且在玻璃初级产品的要加热的区段内将激光功率分布在玻璃初级产品上。根据本发明的第一实施方式，这种光学器件可以包括扩宽射束的光学器件，其在至少一个空间方向上使激光射束扩宽。以该方式可以从通常点状的射束产生扇形的射束，其辐射玻璃初级产品的长形的区域。

激光功率的分布的另一备选的或附加的可行方案是：使激光射束在玻璃初级产品的要加热的或要变形加工的区段上运动。这种运动例如可以利用适合的检流计来实现。具有摆转驱动装置或平移驱动装置的激光器也是可想到的。激光射束相对固定的光学器件的运动提供如下可能性，即，在变形加工之前和/或期间调试出射入的激光功率曲线。因此，例如可以期待的是在变形加工期间实现激光在要变形加工的区段上的空间上的强度分布，该强度分布与用于加热的强度分布不同。这种差异例如可以是期望的，以便补偿由成形工具导致的空间上不均匀的冷却。因此，在成形注射器锥形部的情况下，在步骤中证明有利的是，应用辐射功率沿轴向方向的不对称的分布。这有助于避免或者至少减小锥形部被锻压到注射器体的柱形管中。在使用化石燃料燃烧器的情况下与此相应地通常导致对称的、大面积的加热，由此柱形管的区域也被加热并进而软化，从而能够实现将锥形部沿轴向方向锻压到注射器体的柱形部分中。

通常适宜的是，使激光功率沿旋转轴线的方向分布。于是通过旋转运动，热能均匀分布在玻璃初级产品的要加热的区段的周边上，而沿轴向方向可以调整出特定的温度曲线。

通过根据本发明的对变形加工过程的精密且可再现的温度控制取消了通常的限制，这些限制针对成形销的选择或尤其是针对成形销材料的选择得出。虽然迄今由于变形加工过程的范围中的不精确的温度控制，也由于夹紧夹头在旋转机器(Rundtaktmaschine)上的经常不精确的定位以及由此导致的成形销在变形加工期间的不利的负载，以陶瓷材料为基础的成形销是不适合的，但通过根据本发明的方法，这样的材料现在可以用于成形销。

通过根据本发明的设备和变形加工方法可以改进和稳定生产过程，从而使这种陶瓷材料可以令人惊奇地用于成形销，虽然其作为易碎材料仅具有很小的断裂韧性。

由此得到很多优点。因此，尤其是在成形销与玻璃产品接触的接触区域中可以在很大程度上或完全放弃用于成形销的例如钨或铑这样的材料。这种材料尤其是在与玻璃产品接触的接触区域中会导致残留物。

因此，使用由钨构成的成形销例如可以导致在玻璃产品的锥形通道中的残留物，该残留物在变形加工的玻璃产品的随后的常规使用中会导致不期望的反应。例如，在这种变形加工的玻璃产品填充有制药的有效成分的情况下，这会导致有效成分与玻璃表面上的材料残留物之间的相互作用，例如降解。当玻璃产品例如应该填充敏感的制药或生物制药的制品时，这是特别不利的。

在此，成形销至少在变形加工期间与要变形加工的玻璃物体接触的接触区域中构造有温度稳定的陶瓷材料。换言之，成形销优选至少在与玻璃产品接触的接触面的区域中包括温度稳定的陶瓷材料或技术陶瓷。

温度稳定在本发明的意义中可以理解为：成形销具有比要变形加工的玻璃产品更高的软化温度，并且因此在玻璃产品变形加工期间仍提供相对变形加工来说足够的强度和硬度。

在此，成形销也可以完全由温度稳定的陶瓷材料或技术陶瓷产生。这种材料可以包括氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷和/或以此为基础的复合材料和/或金属陶瓷复合材料。因此，覆有陶瓷材料的金属基体例如也是可行的。

特别优选地，成形销可以包括以氧化铝、氧化锆、钛酸铝、硅酸盐陶瓷、碳化硅、氮化硅、氮化铝为基础的温度稳定的陶瓷材料。这种材料经常是足够温度稳定的，尤其是在要变形加工玻璃的玻璃转化温度T_G的范围内或在该玻璃转化温度之上也是足够温度稳定的。在本发明的意义中，成形销的材料可以根据要变形加工玻璃的玻璃转化温度来选择，从而使得成形销的技术陶瓷的使用温度有利地位于玻璃产品的玻璃转化温度之上。

特别优选地，成形销至少在与要成形的玻璃物体接触的接触区域中在很大程度上或完全没有材料钨或铑。因此，成形销的接触区域中的钨和/或铑的份额优选小于0.5重量％，特别优选小于0.1重量％。

由此得到很多不同的优点。因此，一方面可以在很大程度上避免或完全排除在变形加工的玻璃产品的表面的部分，尤其是内置的锥形部区域中存在不期望的残留物的风险。由此，还可以在将玻璃产品随后例如用作敏感的制药或生物制药的有效成分的容器的情况下在很大程度上排除材料残留物与有效成分的不期望的相互作用。因此，例如可以减少或完全禁止有效成分的降解。

因此，尤其是在与玻璃产品接触的接触区域中，在与容器的随后的内含物的相互作用方面可以使用在很大程度上无害的陶瓷材料。

在将这种材料用于成形销的情况下，一方面可以总体上减少不期望的材料残留物。另一方面，可能还存在的残留物在与容器的随后的内含物的可能的相互作用方面是无害的。

此外，通过根据本发明的在变形加工区域中的非常准确的温度控制可以达到针对玻璃产品的变形加工足够高的温度，而另一方面在玻璃产品与成形销之间的接触区中的过高的温度不会由于超过粘接温度而导致附着。以该方式，易碎材料，例如技术陶瓷也可以用作用于成形销的材料，而不会导致成形销的强烈的损坏或玻璃体上的缺陷。

本发明此外也能够实现变形加工设备的完全不同的设计，例如尤其是用于制造注射器体。像已经在上面阐述的那样，为此迄今的回转装置安装有16或32个站。塑形过程分站式地进行，其中，最终的形状在多个步骤中通过成形工具的连续使用来实现。在变形加工步骤之间进行加热，以便补偿变形加工时的温度下降。因为根据本发明，加热在变形加工期间发生，并且因此温度下降是可补偿的，所以根据本发明，要变形加工的区段的整个热变形加工可以在单个站中进行。换言之，所有用于区段的变形加工的成形工具被安装在一个变形加工站中，其中，在此激光射束在变形加工期间加热玻璃初级产品，或将其保持在预定的温度上。

据此，根据本发明的实施方式，该设备具有至少一个变形加工站，其中，在该变形加工站上存在所有成形工具，以便在玻璃初级产品的区段上执行所有热变形加工过程以制造出最终产品。

变形加工站的这种设计特别适用于使用以温度稳定的陶瓷材料为基础的成形销，这是因为在变形加工期间成形销上的侧向负载与回转机器相比可以明显减少。因此，在回转机器中，不同的夹紧夹头在机器中的不同的定位会导致成形销的很高的侧向负载，该侧向负载可能会超过陶瓷材料的断裂韧性。而在所提到的变形加工站中，不仅可以改进玻璃产品的变形加工区域中的温度控制，而且也可以改进成形销的定位精度，从而使易碎的陶瓷材料也可以用于成形销。

通过可以在变形加工站中借助夹紧夹头特别精密且准确地定位成形销以及外部成形工具，尤其是成形滚子，成形工具能够以特别高的重复精度彼此定向。因此，负载可以通过不对称地作用到成形销上的侧向力在很大程度上避免。以该方式实现的是，在变形加工过程期间如下这样强烈地最小化成形销上的侧向负载，即，不会达到陶瓷材料的断裂应力。

借助高精度的激光加热也能够以很高的重复精度保持特别小的用于变形加工的温度过程窗口。在此，通常从玻璃转化温度T_G得到过程窗口的下限和上限，从而避免了在变形加工期间在成形销的材料与玻璃之间的粘接。

公知的是，过热的工具会导致玻璃暂时地附着在工具上。较长时间的附着经常也被称为粘接。粘接或附着温度会受到尤其是在接触区域中的玻璃的粘滞性、玻璃的热导率和其密度以及成形销材料所影响。热侵入在成形销的材料方面是非常重要的。

附着和/或粘接会导致提高的工具磨损和玻璃产品废品，并且因此要尽可能避免。

在与玻璃接触的接触区域中的具有陶瓷材料的成形销的使用会导致在变形加工温度方面的很小的过程窗口，这是因为危险的附着温度或粘接温度已经可以相对较早地达到。换言之，为了可以使玻璃相应地变形加工而必须达到的温度和发生附着或粘接的温度会非常接近。

因此，在选择用于成形销的陶瓷材料时优选要注意的是：要达到陶瓷材料的特定的热侵入值。本发明人发现对于成形销来说有利的是，具有大致b＝60W*s^1/2/m²*K之上的热侵入值的材料是特别适合的，以便能够实现足够大的温度过程窗口。成形销的特别优选的陶瓷材料因此是氧化铝、氮化硅和/或碳化硅。

在本发明的特别优选的改进方案中，成形销至少在变形加工过程期间形成与玻璃产品接触的接触区域中包括陶瓷层。为了进一步提高机械稳定性，成形销因此可以包括带有陶瓷层的金属芯，其中，陶瓷层特别优选以如下材料：氧化铝、氮化硅和/或碳化硅为基础。

因此，该特别的实施方式以本发明的一般的设计方案为基础，以便通过使用激光器将常规塑形的子步骤整合为很少的步骤，理想的是整合为一个步骤。这是可行的，因为利用激光器，特别限定可变地且基于功率的很好的可调节性及其在位置/时间上的分布的可再现的能量可以在变形加工期间输入到玻璃中。

在本发明的该实施方式的改进方案中，与在由现有技术公知的设备中类似地，也可以又安装多个站，其中，根据本发明的这个改进方案，这些站执行相同种类的变形加工步骤。以该方式，可以通过平行的相同种类的变形加工使这种设备的生产率相对于公知的设备明显提高。

即使在单个站中，相对于常规的结构类型的具有16或32个站的设备，通常也会得到明显的速度优势。在常规的设备中，针对一个变形加工步骤的所需时间通常在2秒的数量级上。如果从4个变形加工步骤出发，并且此外还要附加计算用于利用燃烧器进行加热的五至六个中间步骤，那么变形加工的整个持续时间在大致20秒。而利用本发明，变形加工持续时间可以限制到一个或几个常规的变形加工步骤的时间。因此，变形加工过程可以很容易地明显加速。因此，在不计算加热持续时间的情况下，用于玻璃初级产品的区段的变形加工的时间优选小于15秒，特别优选小于10秒，尤其优选小于5秒。

此外有利的是，在该过程期间使激光功率匹配。尤其地，在变形加工过程期间射入的激光功率相对于在变形加工之前的加热阶段内的激光功率可以被减小。

根据本发明的另一改进方案，激光功率可以借助在控制装置中执行的调节过程以及根据玻璃初级产品的借助温度测量装置在变形加工之前和/或期间测得的温度来调节，以便调整出玻璃初级产品上的预定的温度或预定的温度/时间曲线。在此，无接触的测量装置，例如高温计特别适合作为温度测量装置。通过这种调节，玻璃的温度可以稳定在小于±20℃，通常甚至最高±10℃的过程窗口内。

附图说明

下面借助实施例并参考附图详细阐述本发明。在此，图中相同的附图标记表示相同或相应的元件。其中：

图1示出用于变形加工管玻璃的设备的部件；

图2示出玻璃初级产品的玻璃的透射光谱；

图3示出图1所示的实施例的变型方案；

图4示出另一变型方案；

图5示出作为沿玻璃初级产品的轴向位置的函数的射入的激光功率的示意图；

图6A至图6F示出在变形加工过程期间穿过管玻璃的截面图；

图7示出具有多个用于变形加工管玻璃的设备的变形加工机组；

图8示出图7所示的变形加工机组的变型方案；以及

图9示出在使用成形销的情况下，在变形加工过程期间穿过管玻璃的截面图，该成形销在与玻璃初级产品接触的接触面的区域中包括至少一个温度稳定的陶瓷材料。

具体实施方式

在图1中示出用于执行根据本发明的方法的设备1的实施例。

图1所示实施例的整体上用附图标记1表示的设备构造用于变形加工管玻璃3的造型的玻璃初级产品。特别地，该设备用于制造玻璃注射器体，其中，利用设备1的图1所示的元件由管玻璃成形出注射器体的锥形部。

借助设备1由管玻璃来制造锥形部基于如下：局部加热管玻璃3的区域(在此是其端部30)直至其软化点，并且利用至少一个成形工具使被加热的端部的至少一个区段变形加工，其中，用于局部加热的装置包括激光器5，该激光器发射出如下波长的光，管玻璃3的玻璃对于该波长的光来说是充其量部分能穿透的，从而光至少部分在玻璃中被吸收。激光射束50为此借助光学器件6对准管玻璃3。在变形加工过程期间，成形工具7和玻璃初级产品3借助旋转装置9相对彼此旋转。通常，在此适宜的是，像也在示出的示例中那样，管玻璃3以沿管玻璃3的轴向方向的转动轴线旋转。为此，旋转装置9包括具有夹头91的驱动装置90，管玻璃3利用该夹头来保持。也可以想到相反的配置，其中，将管玻璃固定住，而成形工具7围绕管玻璃旋转。

成形工具7在图1所示的实施例中包括两个辊子70、71，它们在管玻璃3旋转时在其表面上滚动。在此，管玻璃30的端部30以如下方式被压缩，即，使辊子在管玻璃3的径向方向上相对彼此引导。径向运动在图1中借助辊子70、71的转动轴线上的箭头示出。此外，成形销75设置为成形工具7的组成部分。该成形销75在管玻璃3的要变形加工的端部30上引入该管玻璃的开口中。借助成形销75来成形注射器体的锥形通道。成形销75可以能转动地支承，以便与管玻璃3一起旋转。同样可能的是，旋转的玻璃可以在固定的成形销上滑动。

为了避免附着，像通常在玻璃表面上滑动的成形工具中那样，为此可以使用分离剂或润滑剂，其降低了在滑动运动中的摩擦。此外，还可以使用如下润滑剂，其在变形加工时使用的温度下蒸发。因此，在使用这种润滑剂的情况下，可以有利地避免润滑剂或分离剂残留在完成的玻璃产品上。

在辊子70、71之间可以将激光射束50对准管玻璃，而不会由于成形工具中断激光射束50。据此，成形工具以如下方式构造，即，使管玻璃的要变形加工的区段的表面区域不会被成形工具覆盖，从而借助接在激光器之后的光学器件6，激光在变形加工时射入到没有被成形工具覆盖的区域上。特别地，由激光照射在管玻璃3的周边上位于辊子70、71之间的区域33。

控制装置13控制变形加工过程。尤其是借助控制装置13来操控激光器5，从而使管玻璃3在变形加工期间至少暂时地通过激光来加热。

图1所示的设备1的光学器件6包括转向镜61以及柱面透镜63。

借助柱面透镜63，激光射束50沿管玻璃3的轴向方向扩宽为扇形射束51，从而被激光照射的区域33在管玻璃3的轴向方向上相应地延展。因为在激光射入期间，管玻璃3进行旋转，所以射入的功率沿周方分布在管玻璃上，从而柱形区段，或者说不依赖于玻璃初级产品的形状地通常为在沿转动轴线的轴向方向上的区段被加热。该区段具有优选至少与要变形加工的区段一样大的长度。该要变形加工的区段具有基本上由辊子的宽度所确定的长度。为了实现激光功率在管玻璃的轴向方向上的特别的分布，作为对柱面透镜63的备选或附加以外还可以有利地使用衍射光学元件。

成形过程借助控制装置13来控制。此外，控制装置13还控制激光功率。此外，也控制成形工具70、71、75的运动。同样也可以控制旋转装置9，在此尤其是驱动装置90的转速，必要时还有夹头91的打开和关闭。

在由玻璃成形出注射器体时，对于激光器5来说，通常小于1千瓦的辐射功率是足够的，以便可以确保快速加热到软化温度。在达到设置用于热变形加工的温度后，可以由控制装置1向下调节激光功率，从而使射入的激光功率仅补偿了冷却。在制造注射器体时，功率为此通常在30瓦至100瓦之间。

调节激光功率尤其也可以借助管玻璃3的温度来进行。为此，可以在控制装置13中执行调节过程，其借助通过温度测量装置测得的温度来调节激光功率，以便调整出玻璃初级产品的预定的温度或预定的温度/时间曲线。在图1所示的示例中，高温计11设置为温度测量装置，该高温计测量玻璃管在其通过激光器5加热的端部31上的热辐射。测量值被提供给控制装置13，并且在调节过程中用于调整出期望的温度。

像在图1中示例性示出的那样，在根据本发明的布置中特别有利的是，激光不直接加热成形工具。这导致如下：尽管在变形加工期间对玻璃初级产品进行了加热，但成形工具通常并没有被比在常规的具有通过燃烧器的预先加热的过程中更强烈地加热。整体上，借助根据本发明的设备产生更少的热能，并且该热能也有针对性地引入玻璃初级产品中。因此，整体上减少了对整个设备的加热，并且因此还减少了通过热膨胀形成的跑入现象。

用于制成注射器体的优选的玻璃是硅酸硼玻璃。在此，少碱的，尤其是碱含量少于10重量％的硅酸硼玻璃是特别优选的。由于通常很高的对温度变化的稳定性，硅酸硼玻璃通常是非常适合的。这有利于可以在像能利用本发明实现那样的很短的过程时间中实现很陡的加热斜坡。

合适的少碱的硅酸硼玻璃具有如下以重量％计的组分：

图2示出玻璃的透射光谱。所说明的透射值针对一毫米的玻璃厚度。

借助图2可以看到的是，玻璃的透射率在波长为2.5微米之上时下降。在5微米之上时，玻璃即使在特别薄的玻璃厚度的情况下实际上也是不能穿透的。

在2.5微米之上的波长范围中的透射率的图2所示的下降基本上不依赖于玻璃的精确的组分。因此，在类似的透射特性中，优选的硅酸硼玻璃的组分的上面说明的含量也可以分别以所说明的值的25％进行变化。此外，除了硅酸硼玻璃以外显然也可以使用其他玻璃，只要这些玻璃对于激光器的波长来说是充其量部分能穿透的。

图3示出图1所示的设备的变型方案。在此，像在图1所示的示例中那样也设置有光学器件6，其接在激光器5之前，并且激光功率在玻璃初级产品的要加热的区段内分布在玻璃初级产品上，在此又是在管玻璃3的端部30上。但是，在此为了辐射功率的空间分布，激光射束50替代了根据图1所示的示例的扩宽射束的光学器件6，在玻璃初级产品的要加热或要变形加工的区段上沿轴向方向，即沿转动轴线运动。为此，光学器件6包括具有镜面640的环形镜或旋转镜64。旋转镜64通过电机65来驱动并进行旋转。旋转镜64的转动轴线横向于，在图3所示的示例中特别是垂直于镜面的法线。此外，转动轴线也横向于，优选垂直于管玻璃3的轴向方向或转动轴线。通过镜面640的法线的旋转，激光射束50以该方式依赖于相应被照射的镜面640的变化的角度，在轴向方向上沿管玻璃3运动，从而激光射束50在一定时间上照射管玻璃上的区域33，或者管玻璃3的相应长的轴向区段。

图4示出图1所示的设备的另一变型方案。同样像在图3所示的变型方案中那样，激光射束50为了辐射功率的分布而在区域33上沿管玻璃3的要加热的轴向区段扫描。为此，转向镜在此由摆转镜66来替代，该摆转镜的摆转轴线横向于，优选垂直于管玻璃3的转动轴线延伸。摆转镜66借助检流计驱动装置65进行摆转，从而使激光射束50的入射位置与摆转相应地沿管玻璃3的轴向方向运动。

该布置的优点是：检流计驱动装置可以通过控制装置13来控制，从而通过相应更快和更慢的摆转运动，依赖于摆转角度或依赖于入射点的轴向位置，不同长度的照射时间可以用简单的方式实现特定的、依赖于位置的功率分布。因此，在本发明的改进方案中，不局限于图4所示的特别的示例地设置有如下光学器件，其具有可由控制装置操控的射束偏转装置，从而可以通过控制装置对射束偏转装置的相应操控调整出预先确定的位置/功率曲线。于是利用这种曲线也可以建立起期望的、依赖于位置的温度分布。

利用本发明的图3和图4所示的实施方式此外还可以实现另一备选的或附加的控制，以便能够实现引入玻璃中的辐射功率的预先确定的位置上的分布。为此，又设置有射束偏转装置。为了依赖于位置地改变射入的功率，激光器的功率于是可以相应于射束偏转地通过控制装置来调节。如果例如要加热的轴向区段的轴向的第一子区段与邻接的第二子区段相比应该被更强或更弱地加热，那么当激光射束扫过第一子区段时，激光功率被控制装置相应地向上或向下调节。

如果在控制装置的图3所示的示例中，旋转镜或其相应被照射的镜面640的转动角度是已知的，那么控制装置13可以相应调整出激光器5的功率。

为了图解说明，图5示出激光功率在玻璃初级产品上的可想到的分布。其中示出了激光功率关于激光射束在玻璃初级产品上的入射点的轴向位置的图表。位置“0”在此表示玻璃初级产品的端部。像借助图可以看到的那样，整个被加热的轴向区段80在该示例中划分为子区段81、82、83、84和85。在此，子区段82和84与邻接的子区段81、83和85相比以激光器的更高功率来辐射。像在上面所描述的那样，引入到子区段82、84中的较高的辐射功率可以通过依赖于安射束偏转装置的位置，也就是在图2和图3所示的示例中依赖于镜子的转动或摆转角度地调节激光功率来进行。备选或附加地，像同样在上面所描述的那样，可以改变镜子的摆转或转动速度，从而在此轴向的子区段82、84整体上被更长时间地照射。

激光功率的这种例如在图5中示例性示出的、在轴向方向上不均匀的堆积(Deposition)在很多方面可以是有利的。如果例如在变形加工过程期间力求均匀的温度分布，但其中却发生了不均匀的热导出，那么可以通过调整射入的功率的相应曲线来至少部分补偿热损失的不均匀性。例如，玻璃初级产品的最先或较长时间地与成形工具接触的子区段可以相应更强地通过激光辐射了加热，以便补偿在成形工具上附加地出现的热损失。

另一方面，也可以有利的是，正好力求在轴向方向上不均匀的温度曲线。这种温度曲线对于附加地控制在变形加工中出现的材料流动来说可以是有利的。通常，在考虑到由成形工具施加的压力或拉力的情况下，玻璃趋向于从玻璃初级产品中的较热且进而较软的区域流向较冷且进而较硬的区域。有利的可行方案例如是，在由成形工具造成强烈变形加工的区域中，尤其是在玻璃材料拉伸或弯曲的情况下减小管玻璃的壁厚的在那里出现的下降。

如果基于管玻璃的径向压缩导致壁厚加厚，那么同样可以特别有利地导致增强的材料流动。

这些效果随后借助图6A至图6F来阐述。这些图以截面图示出了对根据本发明的用于为了制造出注射器体而从管玻璃3成形出注射器锥形部的变形加工过程的模拟。图示的截面沿管玻璃3的中心轴线延伸，管玻璃绕该中心轴线旋转。同样可以看到辊子70、71和销75。激光射束的射入又在辊子之间进行，从而射入方向垂直于示出的截面延伸。

同样说明了分别从变形加工过程开始所经过的时间。选择激光功率减小的时间点作为针对变形加工过程的时间零点。

画在管玻璃的截面图中的、最初垂直于管玻璃的中心轴线延伸的线20表示管玻璃3的轴向区段的假想的边界线。借助这些线可以识别出在变形加工时的材料流动。

成形销75从底座76凸出，该底座用于成形注射器的端部的锥形面。底座76是垂直于图6A至图6F的观察方向地扁平构造的构件。另外示出的是，在实际的设备中，底座在此绕成形销75的纵轴线转动90°，从而使底座76匹配在辊子70、71之间。也就是说，实际上不会出现辊子70、71和底座76的搭接(像从图6C开始可以看到的那样)。

辊子70、71的接触和开始的变形加工从图6C所示的位置开始。管玻璃3的压缩现在通过辊子70、71朝向管玻璃的中心轴线径向向内运动来实现。在图6E所示的阶段中，成形销75在内侧接触管玻璃，并且成形出注射器锥形部的通道。在图6F所示的阶段中，最后注射器锥形部的成形已经结束。随后，成形工具从已成形的注射器锥形部35移开。因此，用于成形出注射器锥形部35的所有成形步骤以相同的成形工具70、71、75和底座76执行。因此，这种变形加工站实施玻璃初级产品的区段上的所有加热变形加工步骤。现在可以在管玻璃的另一端部上成形出注射器法兰或手指抵靠部。

从例如图6E所示的变形加工阶段开始可以很好地看到，注射器锥形部35上的径向压缩导致壁厚加厚。现在在此存在如下可行方案，即，像上面所描述的那样，通过调整出相应的温度分布可以产生从端部30离开的一定的材料流动。同样地，可以在已成形的管玻璃在注射器柱体37与注射器锥形部35之间的过渡区域中的环绕的棱边上导致减小的壁厚。同样也可以通过调整出在轴向上不均匀的功率输入(通过调节激光功率的轴向分布)来得到该效果。

也就是说，通常可以利用能够通过激光器实现的温度控制来影响玻璃流动方向。这在玻璃流动的体积组成和方向方面尤其也是可行的。

此外，借助图6A至图6F还可以清楚看到，玻璃初级产品(在此特别是注射器锥形部)的区段上的整个变形加工步骤可以在几秒之内完成。在图6A至图6F的示例中，整个变形加工时间甚至小于2秒。

成形销75包括温度稳定的陶瓷材料或在与玻璃初级产品接触的接触区域中含有温度稳定的陶瓷材料的材料，使用该成形销尤其是在制造药品包装件，例如注射器、卡普尔瓶、安瓿瓶、小药瓶等方面还带来了其他优点。由于尤其也在与玻璃初级产品接触的接触区域中迄今经常使用含钨的材料，所以会形成钨沉淀，该钨沉淀通过成形工具，尤其是成形销的磨损形成。因此，本发明特别适用于无钨或少钨的药品包装件，例如尤其是注射器，这是因为由于在接触区域中使用无害的陶瓷材料而减少了由成形工具导致的污染。通常，成形工具通过根据本发明的过程也被更少地加热，这同样减少了污染。

在处理含碱的玻璃的情况下，比较短的加工时间的另一优点在于减少的碱析出。在将玻璃加热至软化点之上时，通常会导致碱离子扩散到表面上。正好在药品包装件中，该效果会导致干扰，这是因为各种不同的药物对于碱金属都是敏感的。因为借助根据本发明的设备的变形加工时间与在常规的利用接在各变形加工站之前的燃烧器的变形加工中的变形加工时间相比明显更短，所以也明显减少了表面上的碱聚积。最后，燃烧器的使用也会导致燃烧残留物和细小灰尘的进入。

根据之前所描述的效果可以清楚得知，利用本发明制造出的玻璃产品也可以借助玻璃表面上的化学特征与迄今在使用燃烧器的情况下变形加工成的玻璃产品区分开。

图7示意性示出具有多个上面所描述的设备1的形式的变形加工站的变形加工机组10。不同于上面提到的现有技术中公知的设备，其中，玻璃初级产品依次在多个变形加工站中以多个步骤被变形加工，图7所示的实施方式的设计基于如下：管玻璃区段在针对管玻璃的区段的整个变形加工过程期间，例如在注射器锥形部的成形期间始终保持在变形加工站或设备1中。

在该实施例中，类似于由现有技术公知的用于制造玻璃注射器的机组，变形加工机组10具有回转装置100。在回转装置100上安装有多个设备1，例如像示出的那样安装有八个设备1，用以变形加工玻璃产品。在输入站102上给设备1装载玻璃初级产品，例如尤其是管玻璃区段。在装载好的设备1在回转装置100上旋转至提取站103期间，在设备1中，在玻璃初级产品上执行变形加工，例如注射器锥形部的借助图1、3、4、6A至6F所描述的成形。不同于公知的具有回转装置的变形加工机组，变形加工工具在此也可以布置在回转装置本身上。变形加工机组的如下结构也是可想到的，其中，变形加工站1是静止的，并且并行地进行装载和卸载。图8示出这种变型方案。管玻璃3通过输送装置104，例如传输带，输送给装载和卸载设备106。

装载和卸载设备将管玻璃3分布到设备1上，在这些设备中进行注射器锥形部的由激光辅助的成形。在变形加工后，管玻璃4的形式的具有成形出的注射器锥形部的半成品或最终产品由装载和卸载设备106输送至导出装置107，其将变形加工的管玻璃4运走。

最后，图9示出在使用根据本发明的成形销95的情况下，在变形加工过程期间穿过管玻璃的截面图。成形销95从底座96凸出，该底座用于成形出注射器的端部的锥形面。底座96是垂直于图9的观察方向地扁平构造的构件。另外示出的是，在实际的设备中，底座在此绕成形销95的纵轴线转动90°，从而使底座96匹配在辊子70、71之间。

所示成形销95包括金属芯93。此外，成形销95在与管玻璃3接触的接触面92的区域中包括至少一个温度稳定的陶瓷材料94。温度稳定的陶瓷材料例如可以用环绕的层的形式施加到成形销95的金属芯上。该层例如可以借助热喷涂法来施加。此外，底座96也可以在与管玻璃3接触的接触面的区域中构造有温度稳定的陶瓷材料(未示出)。成形销95同样也可以完全由耐高温的陶瓷材料构成。

对于专业人士来说显而易见的是，本发明并不局限于之前借助附图描述的仅示例性的实施方式，而是可以用多种方式在权利要求的主题范围内变化。各单个实施例的特征尤其也可以相互组合。

因此，本发明在附图中借助玻璃注射器体的注射器锥形部的成形来描述。但本发明可以用相应的方式不仅应用于注射器体的指抵靠部的成形，而且也应用于其他玻璃初级产品的变形加工。本发明通常尤其适用于由玻璃来制造药品包装件。所述药品包装件除了注射器以外还包括卡普尔瓶、小药瓶和安瓿瓶。此外，不是仅使用激光器作为加热装置。具体而言，也可以附加地应用其他加热装置。因此，可行并且基于高的热功率必要时也可以有利的是，利用燃烧器执行预加热，以便减少在变形加工过程之前的最初的加热时间。

附图标记列表

1  用于变形加工玻璃产品的设备

2  管玻璃

4  具有已成形的注射器锥形部的管玻璃

5  激光器

6  光学器件

7  成形工具

9  旋转装置

10 变形加工机组

11 高温计

13 控制装置

20 管玻璃3的轴向区段的角相的边界线

30 3的要变形加工的端部

33 3的被照射的区域

35 锥形部

37 注射器柱体

50 激光射束

51 扇形射束

61 转向镜

63 柱面透镜

64 环形镜

65         用于64的电机

66         摆转镜

67         检流计驱动装置

70、71     辊子

75         成形销

76         75的底座

80         3的被加热的轴向区段

81-85      80的子区段

90         9的驱动装置

91         夹头

92         接触面

93         金属芯

94         陶瓷材料

95         具有金属芯的成形销

96         95的底座

100        回转装置

102        输入站

103        提取站

104        输送装置

106        装载和卸载设备

Claims (20)

1.一种用于变形加工玻璃产品的设备，所述设备包括：

-用于将玻璃初级产品的区域局部加热至其软化点之上的装置，以及

-至少一个成形工具，用于变形加工玻璃初级产品的利用所述用于局部加热的装置被加热的区域的至少一个区段，

-其中，所述成形工具包括用于变形加工玻璃初级产品的成形销，

-其中，所述成形销至少在在变形加工期间形成与玻璃初级产品接触的接触面的区域中包括至少一种温度稳定的陶瓷材料，

-其中，所述用于局部加热的装置包括激光器，

-其中，设置有旋转装置，以便使成形工具和玻璃初级产品相对彼此旋转，并且其中，

-以如下方式构造所述成形工具，即，使玻璃初级产品的要变形加工的区段的表面区域不被所述成形工具覆盖，其中，所述激光器或接在所述激光器之后的光学器件以如下方式布置，即，使激光在变形加工时射入到没有被所述成形工具覆盖的区域上，并且其中，设置有如下操控所述激光器的控制装置(13)，即，使玻璃初级产品在变形加工期间至少暂时地被激光加热。

2.根据前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述成形工具(7)包括辊子对，所述辊子对以如下方式布置，即，使所述辊子对的辊子(70、71)在借助旋转装置进行旋转的玻璃初级产品的表面上滚动，其中，在玻璃初级产品的周边上的位于所述辊子之间的区域被激光照射。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述成形工具(7)构造用于压缩空心体形的玻璃初级产品的区段。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于具有光学器件(6)，所述光学器件接在激光器(5)之前，并且激光功率在玻璃初级产品上分布在玻璃初级产品的要加热的区段内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备具有至少一个带有所有成形工具的变形加工站，用以在玻璃初级产品的区段上执行所有热变形加工过程以制造出最终产品。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备还包括温度测量装置，用以在变形加工之前或变形加工期间测量玻璃初级产品的温度，其中，在控制装置(13)中执行调节过程，所述调节过程根据借助所述温度测量装置测得的温度来调节激光功率，以便调整出玻璃初级产品上的预定的温度或预定的温度/时间曲线。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述成形销由温度稳定的陶瓷材料制成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述成形销至少在在变形加工期间形成与玻璃产品接触的接触面的区域中包括氧化陶瓷和/或非氧化陶瓷和/或以此为基础的复合材料和/或金属陶瓷复合材料。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述成形销包括至少一个以氧化锆和/或钛酸铝和/或硅酸盐陶瓷和/或氮化铝为基础的温度稳定的陶瓷材料，特别优选地至少一个以氧化铝和/或碳化硅和/或氮化硅为基础的温度稳定的陶瓷材料。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述成形销至少在在变形加工期间形成与玻璃产品接触的接触面的区域中没有如下材料：钨和铑。

11.一种用于借助根据前述权利要求中任一项所述的包括成形销的设备来变形加工玻璃产品的成形销，其中，所述成形销至少在在变形加工期间形成与玻璃初级产品接触的接触面的区域中包括至少一种温度稳定的陶瓷材料。

12.根据前述权利要求所述的成形销，其特征在于，所述成形销由温度稳定的陶瓷材料制成。

13.根据前述权利要求11或12中任一项所述的成形销，其特征在于，所述成形销至少在在变形加工期间形成与玻璃产品接触的接触面的区域中包括氧化陶瓷和/或非氧化陶瓷和/或以此为基础的复合材料和/或金属陶瓷复合材料。

14.根据前述权利要求11至13中任一项所述的成形销，其特征在于，所述成形销包括至少一种以氧化锆和/或钛酸铝和/或硅酸盐陶瓷和/或氮化铝为基础的温度稳定的陶瓷材料，特别优选地至少一种以氧化铝和/或碳化硅和/或氮化硅为基础的温度稳定的陶瓷材料。

15.根据前述权利要求11至14中任一项所述的成形销，其特征在于，所述成形销至少在在变形加工期间形成与玻璃产品接触的接触面的区域中仅具有钨和/或铑的特别小的优选小于0.5重量％，特别优选小于0.1重量％的份额。

16.一种用于变形加工玻璃产品的方法，其中，

-局部加热玻璃初级产品的区域至其软化点之上，并且

-利用至少一个成形工具使玻璃初级产品的利用用于局部加热的装置被加热的区域的至少一个区段变形，

-其中，所述成形工具包括根据前述权利要求11至15中任一项所述的成形销，其中，所述用于局部加热的装置包括：

-激光器，

-所述激光器发射出如下波长的光，玻璃对于所述波长来说是最多能部分穿透的，从而所述光至少部分在玻璃中被吸收，并且所述激光被对准玻璃初级产品，

-其中，成形工具和玻璃初级产品借助旋转装置相对彼此旋转，并且其中，

-以如下方式构造所述成形工具，即，使玻璃初级产品的要变形加工的区段的表面区域不被所述成形工具覆盖，并且其中，

-所述激光器或接在所述激光器之后的光学器件以如下方式布置，即，使所述激光在变形加工时射入到没有被所述成形工具覆盖的区域上，并且其中，借助控制装置(13)操控所述激光器，从而使玻璃初级产品在变形加工期间至少暂时地被激光加热。

17.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述成形工具(7)包括辊子对，所述辊子对以如下方式布置，即，所述辊子对的辊子(70、71)在借助旋转装置进行旋转的玻璃初级产品的表面上滚动，其中，在玻璃初级产品的周边上的位于所述辊子之间的区域被激光照射。

18.根据前两个权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在位置或时间上调节或调整激光辐射，从而沿玻璃初级产品的被加热的区段调整出预限定的温度曲线。

19.根据前述权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，测量玻璃初级产品的温度，并且激光器的激光功率借助控制装置(13)根据玻璃初级产品的测得的温度进行控制。

20.根据前述权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，在变形加工过程期间射入的激光功率相对于在变形加工之前的加热阶段中的激光功率被减小。