CN104507883A - 制造由玻璃制成的、具有封闭于其中的至少一个三维雕像的物体的方法和装置 - Google Patents

制造由玻璃制成的、具有封闭于其中的至少一个三维雕像的物体的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种方法，用于制造由玻璃(2)制成的、具有封闭于其中的至少一个三维雕像(F)的物体，所述方法包括步骤：将软玻璃(2)浇注至模腔(9)中以及将加热过的雕像(F)插入至所述玻璃(2)中。在插入所述雕像(F)时，玻璃温度高于1000℃。

Description

制造由玻璃制成的、具有封闭于其中的至少一个三维雕像的物体的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种制造由玻璃制成的、具有封闭于其中的至少一个三维雕像的物体的方法。
背景技术
从WO 99/33754获知这样的方法。在现有技术的方法中，通过以下相继的步骤制造包括有雕像的球形玻璃制品：将底部模具填充以玻璃液滴，供应雕像以及将另外的液滴浇注于所述雕像以及已经存在的玻璃上。接着将玻璃制品冲压成球形形状。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于制造由玻璃制成的、具有封闭于其中的三维雕像的物体的新方法。
利用根据本发明所述的方法实现这一点，所述方法包括步骤：将软玻璃浇注至模腔中以及将加热过的雕像插入至所述玻璃中，其中在插入所述雕像时，玻璃温度高于1000℃。
由于在模腔中的玻璃的相对较高的温度，它的黏度仍然相对较低。因此，熔化的玻璃围绕雕像相当容易地屈服。此外，将雕像插入至玻璃中需要相对较小的压力，这使得能够以相对较高的速度将雕像插入至玻璃中。这增加制造速度。为了防止雕像由于过高的温度差而劣化(比如破裂)，雕像在被插入至玻璃中之前被预加热。
可以将玻璃浇注至静态的模腔中，之后将雕像按压至玻璃中。应当指出的是，在将雕像按压至玻璃中之后，可将额外量的玻璃浇注至模腔中。
可在插入雕像之前加热模腔中的玻璃，以便限制或防止玻璃在它被浇注至模腔中之后冷却。这一点可通过将热量通过填充孔供应至模腔而实现，例如通过燃烧器。保持粘度相对地有助于将雕像按压至玻璃中。
可将雕像加热至低于在模腔中的实际玻璃温度的温度。与现有技术的制造方法相比，这需要更少地加热雕像。雕像所被加热至的温度可取决于它的大小和形状。
在插入雕像时，玻璃温度可高于1100℃或1150℃，以及优选地高于1250℃。这产生更低的黏度，引起玻璃围绕雕像的改进的屈服特征。还可能的是，玻璃熔化仓(玻璃被从其浇注至模腔中)中的玻璃温度高于1100℃或1150℃，并且优选地高于1250℃。
在一个实际的实施例中，在将雕像插入至玻璃中时，玻璃温度处于1000-1300℃的范围中并且雕像温度在1000℃之下。这是可能的直至玻璃仍然未完全地固化。
在一个特定的实施例中，在将雕像插入至玻璃中的步骤之后，将包括有所述雕像的玻璃压制成大致所期望的形状。
本发明还涉及一种制造由玻璃制成的、具有封闭于其中的至少一个三维雕像的物体的方法，所述方法包括步骤：将软玻璃浇注至模腔中以及将加热过的雕像插入至所述玻璃中，其中在插入所述雕像时，玻璃的黏度低于104Pa.S，并且优选地低于103Pa.S。在一种实际的玻璃成分中，在这些黏度水平条件下的温度分别为1022℃以及1183℃。对于相同的玻璃成分，玻璃的黏度在1425℃的条件下为102Pa.S并且在907℃的条件下为105Pa.S。
所述三维雕像可由金属盐和/或金属氧化物组成，并且作为氧化物的成分为：a)20-60wt.％的SiO2，b)2.5-30wt.％的Al2O3，以及c)30-65wt.％的、Mg、Ca、和/或Ba的氧化物，并且其中a+b+c的总和>95wt.％，并且若存在相对于100wt.％的差，则该差代表除了Si、Al、Mg、Ca或Ba之外的金属的金属氧化物，其中针对氧化物的总数确定所述重量百分数。此类金属的示例为铁(II)、铁(III)、钾、钠、锂、锌、铜、铅、锑、锆、锶、砷、锰、钛、磷(也将其认为是金属)等等。鉴于此，可以说，所有的非气态氧化物均可少量地为所述成分的部分。优选地，这些其它的金属氧化物中没有一种以高于1wt.％的量存在。这些其它的金属氧化物的总含量总是小于5wt.％。
替代地，所述三维雕像可由金属盐和/或金属氧化物组成，并且作为氧化物的成分为：a)30-40wt.％的SiO2，b)5-10wt.％的Al2O3，以及c)50-60wt.％的、Mg、Ca、和/或Ba的氧化物，并且其中a+b+c的总和>95wt.％，并且若存在相对于100wt.％的差，则该差代表除了Si、Al、Mg、Ca或Ba之外的金属的金属氧化物，其中针对氧化物的总数确定所述重量百分数。
另外的替代的成分为可能的。例如，三维雕像的一个实施例由57.499wt.％的SiO2、1.710wt.％的Fe2O3、35.199wt.％的Al2O3、0.353wt.％的MgO、0.043wt.％的CaO、5.110wt.％的K2O、0.033wt.％的Rb2O以及0.053wt.％的SO3组成。
所述玻璃可为任何种类的玻璃。由于价格以及易于处理，使用钠钙玻璃是优选的。这样的玻璃包括70-78wt.％的二氧化硅、10-18wt.％的氧化钠、4-12wt.％的氧化钙、0.1-5wt.％的氧化钾、以及少量的不同的氧化物。合适的玻璃例如为具有76wt.％的二氧化硅、16wt.％的氧化钠、6wt.％的氧化钙、以及2wt.％的氧化钾的钠钙玻璃。不同的合适的玻璃包括72.5wt.％的二氧化硅、13.6wt.％的氧化钠、8.8wt.％的氧化钙、0.6wt.％的氧化钾、2wt.％的氧化铝、1.9wt.％的氧化镁、0.08wt.％的氧化铁(III)、0.6wt.％的氧化锑(III)、以及0.01wt.％的氧化钛。然而，具有不同的成分的玻璃是可能的，例如包括72-77wt.％的二氧化硅、11-13wt.％的氧化钠、3-5wt.％的氧化钙、2-3wt.％的氧化钾、2-4wt.％的B2O3、0.5-2wt.％的Al2O3、1-3wt.％的BaO、以及少量的不同的氧化物的玻璃。
所述玻璃可为所谓的硬玻璃。例如，典型的硬玻璃为硼硅酸盐玻璃，所述硼硅酸盐玻璃具有较低的热膨胀系数，大约为3.3×10-6K-1。该玻璃难于熔化，它为派热克斯(Pyrex)类型。成分为众所周知的并且SiO2的典型的含量为大致80％。通常，玻璃的硬度取决于玻璃中的SiO2的量。优选地，玻璃中的SiO2的含量高于50％且更优选地高于70％。
本发明还涉及一种用于制造由玻璃制成的、具有封闭于其中的三维雕像的物体的装置，所述装置包括：设置有模腔的模具组件，所述模腔的形状至少大致对应于预期的物体的形状；以及进给器，所述进给器包括用于将熔化的玻璃供应至所述模具组件的玻璃排出件，其中所述模具组件设置有用于将所述模腔填充以熔化的玻璃的填充开口以及用于将雕像插入至所述模腔中的插入开口，其中所述玻璃排出件位于所述填充开口正上方。
根据本发明所述的装置防止了玻璃在所述玻璃排出件和模具组件之间严重地冷却。
在所述玻璃排出件和模具组件之间的距离可小于0.5m、以及优选地小于0.25m。在现有技术的方法中，离开玻璃排出件的玻璃具有大致1100℃的温度，但是在到达模具之前必须通过斜槽行进大致3m。因此，玻璃在进入模具时将被冷却至1000℃之下。
可将所述装置布置成使得在填充之后，模腔中的玻璃的温度高于1000℃。这一点可通过以下方法实现：例如，通过如以上所提到的、在玻璃排出件和模具组件之间的较短的距离，和/或通过在进给器处将熔化的玻璃加热至相对较高的温度。提高的玻璃温度引起降低的黏度，以使得在玻璃排出件和模具组件之间的玻璃流相对较窄。因此，填充开口也可为较窄的。替代地，所述装置设置有例如燃烧器的热源，用于在插入雕像之前加热模腔中的玻璃。
所述雕像可具有例如圆盘形状的任何形状，并且还可带有例如广告信息。
附图说明
在下文中将参考附图阐明本发明，所述附图非常示意性地示出本发明的实施例。
图1为连续地运行的玻璃熔炉的立体剖视图。
图2为模具组件的剖视图，所述模具组件被用于通过根据本发明所述的方法的一个实施例制造物体。
图3-6为与图2类似的视图，但是示出在制造过程中的不同的状态。
图7为通过如图2-6中所示的模具组件所制造的产品的剖视图。
具体实施方式
图1示出连续地运行的玻璃熔炉1，所述玻璃熔炉1包含大量的熔化的玻璃2。通过火焰3加热所述玻璃2。在运行状态下，熔化的玻璃2通过进给器4流动至玻璃排出件5。玻璃2可被加热至1100-1700℃的、在实践中大致1300℃的温度。这意味着，在离开玻璃排出件5时，玻璃温度可具有大致1300℃的温度。在该温度条件下，熔化的玻璃的黏度是相当低的，以使得在玻璃排出件5下方的熔化的玻璃2的流相对较窄。
由模具组件6接收离开玻璃排出件5的玻璃2的流，所述模具组件6刚好位于玻璃排出件5下方。在玻璃排出件5和模具组件6之间的距离优选地小于0.25m，以便使玻璃2在它到达模具组件6之前的冷却最小化。当一定量的玻璃2被浇注至模腔9中时，使玻璃排出件5处的玻璃流动立刻停止，并且将下一个模具组件6放置于玻璃排出件5下方，以使得可以再一次使玻璃流动开始。
图2示出模具组件6的一个实施例，所述模具组件6用于制造由玻璃制成的、呈具有封闭于其中的三维雕像的弹球的形式的物体。模具组件6包括下部模具7以及上部模具8，其共同形成模腔9。上部模具8设置有用于将模腔9填充以软玻璃2的填充开口10。图2示出其中模腔9被填充以软玻璃2的状态。在该状态中，玻璃温度仍然在1000℃之上。可能的是，在模具中的玻璃温度为1000℃或更高并且雕像的温度为大致700℃时获得最佳结果。在一个替代实施例中，在如图3中所示将雕像F按压至玻璃中之前，加热如图2中所示的、在模腔9中的玻璃，以便防止玻璃在被浇注至模腔中之后严重地冷却。这可通过燃烧器(未示出)进行，所述燃烧器被引导至填充孔10中。
在下一步骤中，可能在将模腔9填充以玻璃2的步骤已经停止之后，经由相同的填充孔10将雕像F插入至软玻璃2中。图3示出如何将雕像F插入至玻璃2中。这可按相对较高的速度执行。由于在此情况下玻璃2的粘度仍然相对较低，需要相对较低的压力将雕像F插入至玻璃2中。雕像F可具有任何三维形状并且优选地其材料的膨胀系数处于玻璃2的范围中，通常为陶瓷材料。根据雕像F的大小相对于模腔9的大小，填充孔10可比图3中所示的更宽或更窄。
在雕像F被插入至玻璃2中之前，它被预加热，以便避免在玻璃2和雕像F之间的较大的温度差，所述较大的温度差可能导致雕像F的劣化，例如破裂。与已知的现有技术的制造工艺相反，将雕像F预加热至一定温度，所述温度低于雕像F被插入至玻璃2中时的实际玻璃温度。由于模腔9中的相对较高的玻璃温度(在1000℃或1100℃之上以及优选地在1200℃之上)，玻璃2的黏度仍然较低并且玻璃可能围绕雕像F精确地屈服。此外，空气夹杂物的形成可能被最小化。在实践中，将陶瓷雕像F预加热至大于500℃且小于1000℃的温度。
图4示出的是，由于雕像F存在于模腔9中，上部模具8中的玻璃液面已经相对于如图3中所示的情况增加。
应当指出的是，在如图2-4中所示的实施例中，经由相同的填充孔10将玻璃2和雕像F供应至模腔9。在一个替代实施例中，用于分别将玻璃2和雕像F供应至模腔9的单独的开口为可能的。
在如图5中所示的状况中，已经将上部模具8移除并且已经供应了新的上部模具11。所述新的上部模具11包括半球形模腔12以及排放孔(escape hole)13，所述排放孔13具有比上部模具8的填充孔10小的直径。根据要被插入至玻璃2中的雕像F的体积选择排放孔13的直径；雕像F的体积越大，排放孔13的直径越大。
当新的上部模具11被按压至下部模具7上时，如图6中所示，挤压所得到的玻璃弹球2(其过大)。将玻璃2完全地按压在雕像F上。可能存在的空气被挤出。雕像F上方的玻璃为封闭的，并且过剩的玻璃同样在上侧处被经由较窄的排放孔13排出。由于所述孔较窄，因此模腔9内的压力可能上升较高。随后，再一次将新的上部模具11打开，并且通过切割装置15将由来自排放孔13的大量的玻璃所构成的柱形物14切掉，如图7所示。
应当指出的是，可将进给器4处的排出件5精确地控制成使得将一定量的玻璃2浇注至模具组件6中，所述玻璃2的量大致等于最终的物体所需的玻璃的量。参考图7，控制玻璃2的量，以使得在这种情况下不会出现由大量的玻璃所构成的柱形物14。根据雕像F的体积控制玻璃的量。在存在这样的精确的排出控制的情况下，甚至可以消除如图5和6中所示的排放孔13。还应当指出的是，在使用来自排出件5的、精确地控制的玻璃供应的情况下，不需要应用新的上部模具11。相反地，代替如图2中所示的上部模具8和下部模具7，模具组件可具有包括有竖直的接触表面的相对的侧部部分，所述相对的侧部部分在装配状态中形成共同的填充孔。
由于对玻璃供应的精确的控制，在不存在用于释放过剩的玻璃的排放孔的情况下，在将模腔填充以玻璃并且将雕像按压至玻璃中的步骤之后，可通过经由所述填充孔插入例如心轴的压制工具而在模腔中压缩所得到的弹球。压制工具的、接触玻璃的接触表面可为凹形的，以使得所得到的产品变成球形。
将玻璃弹球2放置于滚轧机(未示出)上，所述滚轧机具有大致1至15m的长度。在所述滚轧机的端部，弹球运动至退火炉中。在该炉中，将弹球退火较长的时间，以便完全地消除包围雕像F的玻璃2中的任何应力。在离开退火炉之后，作为可选步骤，玻璃弹球2可被再一次放置于滚轧机上并且滚轧成完美的圆形。优选地，弹球在被再一次放置于滚轧机上之前被部分地再加热。
替代地，可以通过使硬化的且冷却的弹球在滚筒中翻滚而对它们进行磨削和抛光，以获得完美的圆形的、抛光的弹球。用于形成并磨光宝石等等的此类滚筒本身为已知的。在该实施例中，未使用滚轧机。
用于磨光弹球的一个另外的替代方案为：在珠精细磨床和/或珠校准机器(例如，来自LUX+CO.KG的KF型号和/或KKM型号)中处理弹球。可再一次通过以上所提到的翻滚过程或者通过滚轧机上的“火焰抛光”进行抛光。
通过以上描述，将变得显而易见的是，本发明提供一种方法和一种装置，通过所述方法和装置可以制造由玻璃制成的、具有封闭于其中的雕像的物体。可手动地或在更小或更大程度上自动地执行所述方法，但是原则上还可以用手工执行整个方法。
本发明并不限于如附图中所示的上述实施例，其可以以多种方式变化而不脱离本发明的范围。因此，代替各种上部模具，可以使用可调节的模具等等以及真空系统。此外，可以在相同的位置处或者在不同的位置处将多个雕像同时地或相继地插入至所述物体的玻璃中。在不改变上部模具部分的情况下而是通过活动的模具部分，还可以大致同时地或相继地进行将加热过的雕像按压至玻璃中以及将一定量的玻璃和存在于其中的雕像一同大致按压成所期望的形状。

Claims (15)

1.一种方法，用于制造由玻璃(2)制成的、具有封闭于其中的至少一个三维雕像(F)的物体，所述方法包括步骤：将软玻璃(2)浇注至模腔(9)中以及将加热过的雕像(F)插入至所述玻璃(2)中，其中在插入所述雕像(F)时，玻璃温度高于1000℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在插入所述雕像(F)时，玻璃温度高于1150℃，并且优选地高于1250℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述雕像(F)在被插入至玻璃(2)中之前被加热至低于在所述模腔(9)中的实际的玻璃温度的温度。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在将雕像(F)插入至玻璃(2)中时，玻璃温度处于1000-1300℃的范围中并且雕像温度低于1000℃。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述模腔(9)由包括有下部模具(7)以及上部模具(8)的模具组件(6)形成，其中所述上部模具(8)设置有填充孔(10)，通过所述填充孔(10)将玻璃(2)浇注至模腔(9)中，或者所述模具组件包括至少两个部分，所述至少两个部分在装配状态中形成包括有填充孔的模腔。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过所述填充孔(10)将雕像(F)插入至玻璃(2)中。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在将雕像(F)插入至玻璃(2)中的步骤之后，将包括有所述雕像(F)的玻璃(2)压制成大致所期望的形状。
8.一种方法，用于制造由玻璃(2)制成的、具有封闭于其中的至少一个三维雕像(F)的物体，所述方法包括步骤：将软玻璃(2)浇注至模腔(9)中以及将加热过的雕像(F)插入至所述玻璃(2)中，其中在插入所述雕像(F)时，玻璃的黏度低于104Pa.S，并且优选地低于103Pa.S。
9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述三维雕像(F)由金属盐和/或金属氧化物组成，并且作为氧化物的成分为：
a)20-60wt.％的SiO2，
b)2.5-30wt.％的Al2O3，以及
c)30-65wt.％的Mg、Ca、和/或Ba的氧化物，
其中，a+b+c的总和>95wt.％，并且若存在相对于100wt.％的差，则该差代表由除了Si、Al、Mg、Ca或Ba之外的金属的金属氧化物，其中针对氧化物的总数确定重量百分数。
10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在插入所述雕像(F)之前加热所述模腔中的玻璃。
11.一种装置，用于制造由玻璃(2)制成的、具有封闭于其中的三维雕像(F)的物体，所述装置包括：设置有模腔(9)的模具组件(6)，所述模腔(9)的形状至少大致对应于预期的物体的形状；以及进给器(4)，所述进给器(4)包括用于将熔化的玻璃(2)供应至所述模具组件(6)的玻璃排出件(5)，其中所述模具组件(6)设置有用于将所述模腔(9)填充以熔化的玻璃(2)的填充开口(10)以及用于将雕像(F)插入至所述模腔(9)中的插入开口(10)，其中所述玻璃排出件(5)位于所述填充开口(10)正上方。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，在所述玻璃排出件(5)和模具组件(6)之间的距离小于0.5m，优选地小于0.25m。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述填充开口和所述插入开口包括共同的开口(10)。
14.根据权利要求11-13中的一项所述的装置，其特征在于，将所述装置布置成使得在填充模腔(9)之后，玻璃(2)的温度高于1000℃。
15.根据权利要求11-14中的一项所述的装置，其特征在于，所述模腔(9)由包括有下部模具(7)以及上部模具(8)的模具组件(6)形成，其中所述上部模具(8)设置有填充孔(10)；或者所述模腔(9)由静态的模具组件(6)形成，所述静态的模具组件(6)包括至少两个部分，所述至少两个部分在装配状态中形成包括有填充孔的模腔(9)。
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