CN105271655A - 用于热处理由硼硅酸盐玻璃管制备的玻璃容器的内表面的环形区域的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于热处理由硼硅酸盐玻璃管制备的玻璃容器(10)的内表面(14)的环形区域(23)的方法,其中环形区域(23)位于玻璃容器(10)的管状部分(12)上并与玻璃容器底部(16)相邻,该方法包括如下步骤:由玻璃管形成玻璃容器底部(16);将管状部分(12)的内表面(14)的环形区域(23)加热到转变温度TG之上的处理温度TBeh,其中环形区域与玻璃容器底部(16)相邻;保持处理温度TBeh一定时间段;以及将玻璃容器(10)冷却到室温。另外,本发明涉及一种用于由硼硅酸盐玻璃管制备玻璃容器的玻璃处理设备(30)的底机。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于热处理由硼硅酸盐玻璃管制备的玻璃容器的内表面的环形区域的方法,其中环形区域位于玻璃容器的管状部分上并与玻璃容器底部相邻。此外,本发明涉及一种用于由硼硅酸盐玻璃管制备玻璃容器的玻璃处理设备以及为此的底机。
背景技术
通用的玻璃容器包括圆筒状、管状部分或锥形部分。具体而言,玻璃容器制造为注射器和小瓶并且主要用于诸如药物的医药产品的存储和施用。
通用的玻璃容器的起始材料是玻璃管。用于制备玻璃容器的玻璃处理设备包括母机和底机,该两者均可旋转并且包括多个保持单元,该保持单元例如包括卡盘。通常,底机定位于母机下方。在母机的卡盘中,长约1.5m的玻璃管被夹紧,其中玻璃管向下突出卡盘一定长度。在向下突伸的开口端部,玻璃管在不同处理站经过的一定处理步骤。为此,母机以及因此卡盘从一个处理站到下一个处理站旋转一定角度。如果玻璃管的向下突出端完成,使得其例如包括卷边或螺纹,一部分玻璃管必须分离。在其中进行分离步骤的处理站中,母机的对应卡盘放置成与底机的保持单元的卡盘轴向对准。底机的保持单元沿轴向可移动并且某种程度上在玻璃管的向下突出端上方与玻璃管接合。在母机的卡盘与底机的卡盘之间的区域,通常由分离装置的气体燃烧器所提供的火焰朝玻璃管定向,用于加热,其中玻璃管也可以其他方式加热。这里,分离装置的气体燃烧器在大部分情况下固定在其位置中。为了尽可能在玻璃管的圆周获得可旋转的对称加热,保持单元可以绕其自身轴旋转。加热玻璃管,直到如此无粘性,使得夹紧在底机的卡盘内的部分可以通过将底机的卡盘降低而从玻璃管的剩余部分分离。因此,玻璃管的加热部分变尖并且将其自身压缩到如此程度,使得在分离位置分别形成闭合的玻璃容器底部,一个在布置在底机的卡盘中的拉断部分上,一个在保留于母机的卡盘内的玻璃管的部分上。
在下文中,考虑玻璃管的在分离之后位于底机的卡盘中的部分。如上所述,自由开口端部已经完成,但是当前获得的玻璃容器的玻璃容器底部还没有期望形状。在此处理状态中的玻璃容器底部相对于重力作用的方向布置在开口端部上方,这带来以下问题:如上所述,玻璃容器底部已经通过热分离步骤制备,使得底部区域中的玻璃的粘度仍很低,使得玻璃容器底部或多或少基于使用的玻璃管的直径而向下下垂。另外,玻璃容器底部具有沿径向变化的壁厚。为了提供具有期望性能的玻璃容器的玻璃容器底部,其必须经过另外的主要热处理步骤。为了抵消底部的下垂,气体、通常为空气通过玻璃容器的开口端部吹入到玻璃容器中,由此产生支撑玻璃容器底部的回压。
在气流吹出的情况下,涉及到另外方面。为了存储医药产品,优选使用硼硅酸盐玻璃,因为其在相当低成本下提供高水解稳定性。为了降低熔点,硼硅酸盐玻璃也具有钠。但是,钠离子通过价键而不存在于玻璃中,而是迁移穿过主要由SiO2确定的玻璃基质。如果玻璃管被加热用于分离,要求温度高于1200℃,这远高于钠的蒸发温度。因此,大量的Na蒸发离开玻璃容器底部并且再次沉积在玻璃容器中的不同位置处。钠的蒸发也具有重要的影响,硼以硼酸盐的形式被带走并且也蒸发,即使硼酸盐与钠相比显著更强地结合在玻璃基质中。
玻璃容器在玻璃容器底部进行非常强的热处理,而在通用方法中圆筒部分没有发生热处理。因此,在玻璃容器中产生较强的热应力,这可能导致玻璃容器在冷却后会爆裂的事实。为了防止此情况,在许多情况下,可以建议进行另外的热处理,以消除应力。此热处理也称为退火并且在退火炉中在退火温度下进行,在退火温度下,玻璃在上退火点之上。在上退火点下,玻璃具有1013.3dPaS的粘度。对于这里有关的硼硅酸盐玻璃管而言,上退火点达到约550-600℃,这显著低于从玻璃管上分离玻璃容器所需要的温度。这里,大部分的硼酸钠蒸发。未蒸发的部分烧进玻璃容器的壁中。这里的问题在于,钠离子可能迁移到存储在玻璃容器中的物质中。特别对于医药物质而言,这是不期望的。迁移倾向很大程度上取决于玻璃容器中存储的物质以及其pH值。通过将气流供应到玻璃容器中或玻璃管中,一部分钠在分离工艺过程中也从玻璃容器中移除,使得更少量的钠可以烧进壁中。气流仅仅需要确保钠也从玻璃容器中移除并且不是仅仅在周围盘旋。不需要再满足对气流特性的其他要求。在此上下文中,钠可能迁移到存储在玻璃容器内的物质中的倾向也称为表面碱化。
在文件EP2546206A1和EP2239237A2中,描述了通过其利用玻璃容器的内表面的热处理可以降低表面碱化的方法。
不仅硼酸钠,而且碱金属硼酸盐通常呈现其他不利的性能。碱金属硼酸盐的蒸发速率随温度的升高而成指数地升高。在处理玻璃容器的底部中,硼酸钠从底部区域蒸发并且沉积在玻璃容器的管状部分上的凝结区中。在凝结区中,玻璃已经相对较冷。在玻璃容器底部和凝结区之间,还形成扩散区,在扩散区中,比蒸发更多的硼酸钠扩散到玻璃中。扩散区在玻璃容器的管状部分的内表面的环形区域上延伸。在扩散区中,在玻璃容器底部的耗尽的同时发生硼酸钠的累积,其中玻璃容器的底部的耗尽不具有任何负面后果。但是,硼以硼酸盐形式在扩散区中的累积具有以下影响:
在扩散区的近表面区域(从玻璃容器的内表面开始约50-500nm)中,硼或硼酸盐的累积引起这样的结果:主要由Si、Na和B构成的硼酸盐玻璃在冷却处理过程中分解,因为这里的处理是在Si-Na-B的三元相图中的混溶隙范围中。由于混溶隙,形成具有不同组分的两相,这不可避免地具有不同的化学和物理性能。两相中的一个还具有较低水解稳定性,使得其被存储在玻璃容器中的物质严重腐蚀(attack)。得到的表面结构相对于未改性的硼硅酸盐玻璃还具有不同的热膨胀系数,这在扩散区的近表面区域中引起应力。结果,颗粒玻璃成分从沿一个轴比沿与此轴垂直的面具有显著低伸展性(extension)的表面脱离。这些颗粒然后转移到存储在玻璃容器中的物质,如果物质施用为药物,则这是特别严重的。颗粒玻璃成分从玻璃表面的脱离也称为层离。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种方法,通过该方法,可以处理扩散区,使得其不再具有上述缺点并且尤其可以提供有改进的抗层离性。另外,本发明的目的在于提供一种可以执行本发明方法的玻璃处理设备以及底机。
此目的通过权利要求1所述的方法所实现。本发明方法的优选实施例是从属于权利要求1的权利要求的主题。
本发明的方法包括如下步骤:
-由所述玻璃管形成所述玻璃容器底部;
-将管状部分的内表面的与玻璃容器底部相邻的环形区域加热到转变温度TG之上的处理温度TBeh;
-保持所述处理温度TBeh一定时间段;
-将所述玻璃容器冷却到室温。
以之前讨论的已知方式进行玻璃容器底部的形成步骤。在玻璃容器底部完全形成之后,进行管状部分的内表面的环形区域的加热步骤。此步骤在时间上不需要紧随形成步骤。而是,玻璃容器在加热到处理温度之前也可以存储较长、基本不受限制的时间,使得玻璃容器的形成和加热环形区域的步骤可以在时间上和空间上独立进行。仅仅要求在加热环形区域之前已经完全形成玻璃容器底部。因此,加热到处理温度在玻璃容器已经存储较长时间段的情况下可以从室温开始进行或在玻璃容器从底部形成处理仍然较热的情况下可以从相应的温度开始进行。如果达到处理温度,则将其保持一定时间段。扩散区位于环形区域处并且可以在其上完全或局部地延伸,其中,其周边闭合。
相关玻璃的转变温度大致为490-600℃。在用于存储医药产品的硼硅酸盐玻璃管中,转变温度为525-565℃。因此,基于使用的玻璃,可以对应地选择处理温度。
在环形区域保持在处理温度下的时间段中,累积在扩散区的近表面区域中的硼再次扩散离开。扩散区的近表面区域中的硼含量因此调整到剩余玻璃容器中的含量。因此,在近表面区域中,再次出现允许无相离冷却的化学计算混合比,因为在扩散区的近表面区域内的硼硅酸盐玻璃的局部组分不再在如上详细解释的Si-Na-B的三元相图的混溶隙的区域中。因此可以显著降低或甚至完全消除与降低的抗层离性相关的负面效应。
冷却步骤可以主动地进行,即遵循预定温度分布使用受控冷却,或例如通过将成品玻璃容器存储在室温下来被动地进行。
在EP2546206A1和EP2239237A2中公开的热处理工艺中,加热玻璃容器的整个内表面而非仅仅环形区域,其中玻璃容器不加热到转变温度TG之上。
如果环形区域被加热到700-1000℃的处理温度TBeh,这已经发现是有利的。在此温度范围中,确保硼可以事实上扩散离开扩散区的近表面区域。在此范围之上的处理温度下,硼可以事实上扩散离开扩散区,但是,存在相邻区域中形成新的扩散区的风险,使得由硼累积所引起的问题没有解决或仅部分地解决。如果处理温度在700-1000℃的范围之下,不能保证硼可以完全扩散离开扩散区。如果这样,那么其以非常低的扩散速率扩散离开,使得玻璃容器必须在处理温度下保持较长的时间并且本发明的方法将会持续很久,这从制造观点来看是不期望的。主张的温度范围代表常用的硼硅酸盐玻璃管的良好折中方案。
处理温度保持1-20秒的时间段。时间段适于选择的处理温度。处理温度越高,时间段可以越短。对于指出的处理温度,1-20秒的时间段确保硼扩散离开扩散区到这样的程度,使得与硼累积相关的问题可以降低到可忽略水平或完全消除。从制造观点来看,1-20秒的时间段也不是很长,使得玻璃容器的制造处理与传统制造处理相比基本没有延长。
优选地,环形区域通过激光器起始于所述玻璃管的内部进行热处理。应当注意,热处理不仅仅局限于将环形区域加热到处理温度,而是也包括保持处理温度一定时间段。激光器提供激光束,该激光束在其冲击环形区域时加热环形区域。例如,可以使用提供波长为9-10.6μm的激光束的CO2激光器。此处理变化形式的显著优点在于,由于玻璃对具有特定波长的激光束的高吸收性,可以仅仅处理玻璃容器的环形区域中的近表面区域。热处理仅仅局限到受影响区域,使得没有影响玻璃容器的剩余部分。此优点在于,玻璃容器在处理区域的粘度通过热处理大大降低并且可以引起局部流动,由此玻璃容器可能变形,这是不期望的。由于激光器在非常窄界限内局部加热玻璃容器,变形被局限于处理区域并对玻璃容器的整个形状没有显著影响。特别地,降低了可引起对存储在玻璃容器中的物质的光学最终检测不利光学失真的塑性变形的形成。
可选地,环形区域通过气体燃烧器或激光器从玻璃容器的外侧进行热处理。为了能够将玻璃容器的内表面处的近表面区域加热到处理温度,必须加热全部环形区域中的整个玻璃容器壁。结果,与从内侧的处理相比,处理区域显著增大,使得不能够避免由此引起的局部流动和塑性变形,但是一定限量内的局部流动和塑性变形没有任何显著的缺点。但是,这样的处理可更容易地从玻璃容器的外侧进行,因为气体燃烧器或激光器不需要引入到玻璃容器中。因此,可以摈弃相应的移位装置,这简化了玻璃处理设备。另外,在此处理变化形式中始终确保气体燃烧器的供氧。如果气体燃烧器将被引入到玻璃容器中,这不能保证,使得火焰的温度会改变或火焰将完全熄灭。仅仅能够使用专门为此应用所开发的气体燃烧器,这相应地与成本缺点有关。如果从玻璃容器的外侧进行热处理,可以使用商业上可获得的气体燃烧器。可选地,环形区域可以使用短波红外辐射进行热处理。
在本发明的方法的优选实施例中,在将环形区域加热到处理温度TBeh之前,玻璃容器预热到400-600℃的预热温度,特别是预热到玻璃容器的粘度为1012.4dPaS或更低的预热温度TV。预热不仅仅涉及环形部分,而且也涉及至少玻璃容器中与环形区域相邻的部分,但是也可以预热整个玻璃容器。与非预热玻璃容器相比,预热确保玻璃容器内的环形区域的处理中的温度梯度更少地陡峭。因此,在环形区域的热处理过程中玻璃容器中产生的热应力明显更低。热应力可能在热处理过程中和冷却处理过程中或之后导致玻璃容器的破裂。特别地,在使用激光的情况下,产生较高温度梯度,因为如上所述,加热玻璃容器的局部非常限制的区域。玻璃容器中总共产生的应力通过所述区域的预热而显著降低,而玻璃容器自身不变形。
在本发明的方法的其他实施例中,所述玻璃容器在退火炉中在所述玻璃容器的粘度为1013.3dPaS或更低的退火温度TE下进行退火。甚至于在预热整个玻璃容器的情况下,不能够防止在将环形区域加热超过转变温度TG的过程中热应力被引入玻璃容器中,使得在冷却处理过程中或之后,产生玻璃容器的裂缝形成或甚至于损毁。退火炉内的退火用于降低这些热应力。如果粘度是1013.3dPaS,处理的玻璃处于DINISO7884-7中详细描述的所谓上退火点。在商业可获取的硼硅酸盐玻璃中,此粘度在550-600℃的温度下获得。因为这样的退火也用于制备玻璃容器的已知方法中,与这些方法相比,此步骤代表着没有额外费用。
在本发明方法的另一个优选实施例中,由玻璃管形成玻璃容器底部的步骤与加热所述环形区域的步骤之间的时间段为20-240秒,特别是30-60秒。如上已经所述,在形成玻璃容器底部的过程中,在玻璃容器中产生高浓度的气化或气态硼酸盐,其一部分扩散到环形区域的近表面区域。如果环形区域已经热处理,当气化硼酸盐的浓度非常高时,存在在玻璃容器的内表面上形成具有提高硼浓度的新的扩散区的危险。这里必要的处理与底部形成中发生的那些类似。如果在形成玻璃容器底部步骤之后仅仅在时间延迟的情况下进行环形区域的加热步骤,大部分的气化硼酸盐沉积在内表面上。然后,凝结的硼酸盐在环形区域的热处理过程中不再或仅仅在可忽略的程度上能够扩散到玻璃容器的内表面的近表面区域中并形成新的扩散区。凝结的硼酸盐是水溶性的并可以容易地在清洁步骤中去除。
优选地,在形成玻璃管的玻璃容器底部的步骤和加热环形区域的步骤之间,玻璃容器用气体吹出。此步骤也用于从玻璃容器移除在底部形成处理之后累积在玻璃容器内部的气化硼酸盐,以确保它们在加热环形区域过程中不扩散到内表面的近表面区域中并且防止它们可以形成新的扩散区。
环形区域具有面向底部的端部和背离底部的端部,其中面向底部的端部从玻璃容器底部的内侧沿容器轴线具有优选0-20mm的距离LB。已经发现,用于近乎整个常用玻璃容器容积的扩散区距容器底部的内部具有对应的距离。因此,不需要处理玻璃容器的整个内表面,而是仅仅从特定距离处理。这里,面向底部的端部与背离底部的端部之间的距离LA为1-10mm。对于几乎所有常用标准玻璃容器容积,扩散区具有这样的扩展(extension)。因此,可以相应地限制处理时间和能量消耗,使得加热与玻璃容器底部相邻的环形区域的步骤可以特别有效地进行。
该目的还通过用于通过根据上述实施例的任一种所述的方法由硼酸盐玻璃管制备玻璃容器的玻璃处理设备的底机获得,其中,底机包括用于保持玻璃容器的一个或多个保持单元,其中,保持单元安装成可绕底机的旋转轴线旋转,以将玻璃容器传送到许多初级处理站,其中,至少在一个处理站处,布置用于从玻璃管分离玻璃容器的分离装置。这里,底机包括一个或多个进一步处理站,用于热处理玻璃容器的内表面的环形区域,其中,保持单元布置成使得其也将玻璃容器传送到进一步处理站。本发明的底机可以获得的优点与针对本发明方法所具体说明的那些相似。另外,应当强调,本发明的方法可以集成到已知的通常用于制备玻璃容器的底机中,使得用于实施本发明的方法的工作可以保持较低。
优选地,一个或多个进一步处理站包括气体燃烧器和/或激光器。气体燃烧器和激光器是选择用于进行本发明方法的装置,但是可以使用其他加热源。但是,对于气体燃烧器和激光器具有广泛的经验,使得它们用于加热环形区域具有良好的基础。
在一个需要强调的实施例中,本发明的底机包括用于提供气流的压力源、以及与压力源连通并且用于将气流导引到保持单元并用于将气流引入到玻璃管中或到玻璃容器中的管道系统。气流一方面可以在底部形成过程中带来支撑效果,使得玻璃容器的玻璃容器底部可以制造有相当均匀的壁厚。另一方面,其可以用于在底部形成处理之后从容器中吹出气化硼酸盐,由此防止在环形区域的处理过程中形成另外的扩散区。这里,气体不是必须以单独形成的流引入。仅仅必须保证,气体容积在玻璃容器的内部内交换,为此不需要特别的供应。
此外,该目的通过用于通过根据上述示例性实施例中的任一种所述的方法由硼酸盐玻璃管制备玻璃容器的玻璃处理设备获得,该玻璃处理设备包括母机和底机,其中,底机包括用于保持玻璃容器的一个或多个保持单元,其中,保持单元安装成可绕底机的旋转轴线旋转,以将玻璃容器传送到许多初级处理站,其中,至少在一个初级处理站处,布置用于从玻璃管分离玻璃容器的分离装置。此外,底机包括一个或多个进一步处理站,用于热处理玻璃容器的内表面的环形区域,其中,保持单元构造成使得其将也玻璃容器传送到进一步处理站。用此玻璃处理设备,获得针对底机所讨论的相同优点和技术效果。
该目的还通过用于根据上述示例性实施例中的任一种所述的方法由硼硅酸盐玻璃管制备玻璃容器的玻璃处理设备获得,其中,玻璃处理设备包括母机和底机,其中,底机包括用于保持玻璃容器的一个或多个保持单元和用于玻璃容器的退火的退火炉,其中,保持单元安装成可绕底机的旋转轴线旋转,以将玻璃容器传送到许多处理站,其中,至少在一个处理站处,布置用于从玻璃管分离玻璃容器的分离装置。这里,用于热处理由硼硅酸盐玻璃管制备的玻璃容器的内表面的环形区域的热处理站布置在底机和退火炉之间。
热处理站在底机和退火炉之间的布置是指在制备处理过程中的玻璃容器的传送方向。玻璃容器从底机传送到热处理站中并且从热处理站传送到退火炉。再次,用本发明的玻璃处理设备可获得的优点和技术效果对应于针对本发明方法所陈述的那些。在此情况下,在可以位于底机和母机的邻近区中的单独热处理站中进行环形区域的加热,使得在底部形成之后可以适时根据本发明的方法处理环形区域。玻璃容器的制备处理不必须进行实质改变,使得已知的玻璃处理设备的翻新成本可以保持很低。虽然环形区域的热处理基本上可以集成到商用底机中,但是在具有单独热处理站的情况下,可以使得热处理变得更灵活。用于底机的空间上是有限的,并且此外,热处理必须适用底机的预定的时间安排,而环形区域的热处理可以在单独的热处理站中独立于底机的时间安排来进行。
优选地,热处理站包括气体燃烧器和/或激光器,其中激光器提供激光束。如已经针对底机所述,气体燃烧器和激光器是选择用于热处理环形区域的装置,其中为此也可以使用其他装置。在使用激光时,必须提供封装,以避免激光对其环境中的人们带来任何危险。这些封装在单独的加热站中比在底机中更容易地实现。
这里,气体燃烧器和/或激光器优选被布置成,使得环形区域可以从玻璃容器的外侧进行处理。对于热处理站也适用,玻璃容器的环形区域从外侧壁比从内侧更容易地进行处理,使得技术设备的耗费非常低。特别地,不必须提供用于将激光器或气体燃烧器引入到玻璃容器中的移位装置。另外,不需要提供为气体燃烧器提供单独的供氧以确保火焰在玻璃容器的内部如期望地持续燃烧,使得不需要额外的耗费。
在可选实施例中,激光器布置成使得环形区域可以从玻璃容器的内侧通过激光束进行处理。如已经所述,在使用激光时,产生仅仅处理玻璃容器的内表面的近表面区域的可能性,使得与从外侧的处理不同,不是整个容器壁必须被加热。结果,玻璃容器的热应力以及能量消耗将被限制到最低,使得可以非常有效地进行环形区域的热处理。
优选地,激光器包括用于导引激光束的导引部。结果,在其离开到外侧之前,激光束在玻璃容器内部被引导相当靠近环形区域。因此,一方面,增加了操作可靠性,因为激光束在最小化距离上无保护地传播,并且另一方面,激光束的传播不受外部影响干扰。
在另一个实施例中,热处理站包括移位装置,用于将导引部引入到玻璃容器以及从玻璃容器撤回导引部。这里,一方面,移位装置可以仅仅移动玻璃容器,使得导引部自身静止并且玻璃容器相对于导引部移动。另一方面,导引部自身可以被构造成可移动,使得其可以相对于玻璃容器移位。优选地,玻璃容器和导引部被构造成可通过移位装置移动。因此,可以将玻璃容器和导引部的运动保持得尽可能容易,这导致导引部的结构的简化。
优选地,导引部安装成可绕激光束的轴线旋转并且包括用于偏转激光束的偏转装置。在此示例性实施例中,导引部被构造成大致管状并且包括光学部件,通过光学部件,激光束偏转大致90°。如果导引部布置在玻璃容器内,导引部仅需要绕激光束的轴线旋转,由此环形区域在距玻璃容器底部的固定距离处围绕其圆周完全热处理。通过沿激光束的平移运动,可以处理整个环形区域。
这里,优选地,导引部构造成使得其产生激光束的拓宽。激光器将单色光聚焦在非常小的区域,使得在没有拓宽激光束的情况下,环形区域的热处理将耗费相当长的时间。理想地,激光束被拓宽这么多,使得其在冲击在玻璃容器的内表面上时达到环形区域的宽度。在此情况下,玻璃容器仅仅需要绕其纵向轴线旋转360°,以热处理整个环形区域。结果,在处理过程中不需要平移运动,使得可在短时间内热处理环形区域。如果激光束不可以拓宽到环形区域的宽度,则需要额外的平移运动,使得拓宽的激光束可以覆盖整个环形区域。拓宽可以已经在激光器自身中进行,或者反转装置引起拓宽。离开激光器后的激光束通常具有圆形横截面,而其在拓宽后优选具有椭圆或矩形横截面。
在另一个实施例中,热处理站包括支撑装置,通过支撑装置,玻璃容器被支撑并且可绕容器轴线旋转。此实施例尤其适于气体燃烧器,因为它们可以相对复杂的方式安装成绕玻璃体旋转。但是对于激光器,此实施例也提供益处,因为这里导引部不需要构造成可旋转。
本发明的玻璃处理设备进一步构成使得,底机包括用于提供气流的压力源、以及与压力源连通并且用于将气流导引到保持单元并用于将气流引入到玻璃管中或到玻璃容器中的管道系统。气流一方面可以在底部形成过程中带来支撑效果,使得玻璃容器的玻璃容器底部可以制造有相当均匀的壁厚。另一方面,其可以用于在底部形成处理之后从容器中吹出气化硼酸盐,由此防止在环形区域的热处理过程中形成另外的扩散区。
该目的也通过用于根据包括如下步骤的方法热处理由硼硅酸盐玻璃管制备的玻璃容器的内表面的环形区域的玻璃处理设备获得:
-将管状部分的内表面与玻璃容器底部相邻的环形区域加热到转变温度之上的处理温度;
-将处理温度保持预定时间段;
-将玻璃容器在退火炉中在玻璃容器的粘度为1013.3dPaS或更低的退火温度下进行退火;
-将玻璃容器冷却到室温,
其中,玻璃处理设备包括用于热处理环形区域的热处理站以及用于玻璃容器退火的退火炉。如上所述,为了获得本发明的目的,不需要在加热环形区域步骤之前在时间上立刻进行由玻璃管形成玻璃容器底部的步骤。环形区域的加热因此可以在时间上和空间上独立于形成玻璃容器底部的处理进行。特别地,已经制备并存储较长时间段的玻璃容器可以接着进行本发明的处理。在玻璃处理设备的此实施例中,从成品形成的玻璃容器开始并且仅仅环形区域进行相应的热处理,玻璃容器进行退火并接着冷却。此玻璃处理设备可以安装在与底机和母机完全不同的地方。
热处理站优选包括气体燃烧器和/或激光器,其中激光器提供激光束。这里,气体燃烧器和激光器代表选择用于进行本发明方法的装置,但是也可以使用其他加热源。但是,对气体燃烧器和激光器的经验如此多,使得它们用于加热环形区域可以很好地控制。
此外,该目的通过根据这样的方法所制备的玻璃容器获得,在该方法中,环形区域通过气体燃烧器或激光器从玻璃容器的外侧进行热处理,其中,所述玻璃容器在管状部分中和环形区域中具有塑性变形,其中,所述环形区域在面向底部的端部和背离底部的端部之间进行热处理并且面向底部的端部和玻璃容器底部的内侧之间沿容器轴线的距离为0-20mm,并且面向底部的端部与背离底部的端部之间的距离为1-10mm。塑性变形通常是分子布置中不可避免的变化。如上所述,整个容器壁在热处理中从玻璃容器外侧必须被加热,这由于玻璃的局部流动导致塑性变形,其中局部流动是由加热区域的低粘度引起的。在使用气体燃烧器时,气体流出将回压施加在玻璃容器上,与通过激光器的热处理相比引起更大的塑性变形的形成。使用激光器时也产生塑性变形,但是引起更低程度的塑性变形。
如可以看出,塑性变形可以仅在管状部分的由于环形区域的热处理而被加热到非常高的温度的区域中形成。这特别适用于环形区域自身以及环形区域和玻璃容器底部之间的区域。当对着背景保持玻璃容器时,塑性变形可以特别可见具有斑马条纹状图案。塑性变形是玻璃容器已经通过本发明的方法进行处理并因此具有高的抗层离性的简单可实现的证据。如上所述,对于实际制造,热处理也可以在具有较大时滞的情况下进行。但是,如果不能够明确确定个别玻璃容器是否已经通过本发明的方法进行处理,热变形可以用作相应的证据。
附图说明
下面参考附图基于优选的示例性实施例详细解释本发明。在附图中:
图1示出玻璃容器,在其中以简化形式示出在处理过程中发生的蒸发、扩散和沉淀处理;
图2示出本发明的玻璃处理设备的第一实施例的原理图;
图3也示出本发明的玻璃处理设备的第二实施例的原理图;
图4也示出本发明的玻璃处理设备的第三实施例的原理图;
图5示出玻璃容器,其环形区域在热处理站中通过激光器从内侧热处理;
图6示出玻璃容器,其环形区域在热处理站中通过气体燃烧器从外侧热处理;以及
图7示出通过本发明方法所制备的玻璃容器。
具体实施方式
图1示出玻璃容器10,基于其更详细地解释在制备处理过程中本发明所必需的处理。玻璃容器10具有容器轴线C并且如其在底部形成过程中或刚刚形成之后对准的方式示出。如上所述,玻璃容器10由玻璃管制备。因此,玻璃容器10包括具有内表面14的管状部分12。另外,玻璃容器底部16布置在邻近管状部分12的上方。此外,玻璃容器10在示出的取向上包括向下延伸并具有卷边20的开口端部18,例如闭合件可以施加到其上。
如已经多次描述,玻璃容器10通过热分离处理从玻璃管的剩余部分分离,使得玻璃容器10在分离处理过程中在玻璃容器底部16处具有最高温度。如箭头所示,温度T朝向开口端部18降低。如也已提及,玻璃容器底部16在分离处理之后必须经受另外的热处理,以将其变成期望形状。因此,玻璃容器底部16重复加热,使得在几个处理步骤中在玻璃容器10内具有最高温度。温度在使用的硼硅酸盐玻璃的一些成分的蒸发温度之上,使得特别是钠从底部区域蒸发,其中钠额外带走硼酸盐形式的硼,使得硼也从玻璃中蒸发。同时,一定量的钠和硼扩散回到玻璃容器底部16和管状部分12中,其中扩散程度比蒸发程度具有不同的温度依赖性。图1中箭头的长度和方向表示两个处理中的哪一个占主要地位。接近底部,蒸发占主要地位,而随着温度的降低,扩散变得更强并在扩散区22中达到最大。如果玻璃容器10的温度进一步降低,扩散处理也变得越来越弱,因为钠和硼变得越来越难以穿透到玻璃基质中。在一定温度之下,钠或硼均不能穿透进入玻璃基质中,使得它们在内表面14上形成沉淀物24。
扩散区22位于玻璃容器10的管状部分12的内表面14上的环形区域23上。环形区域23具有面向底部的端部26和背离底部的端部28。面向底部的端部26离玻璃容器底部16的距离LB在大致0-20mm的范围中。另外,背离底部的端部28和面向底部的端部26间隔的距离LA在大致1-10mm的范围中。这里,环形区域23与扩散区23不是必须叠合的。扩散区22布置在环形区域23上,但不需要完全在其上延伸。
图2示出本发明的玻璃处理设备301,根据第一示例性实施例,其包括底机321和母机34。底机321包括多个保持单元36,每个保持单元包括卡盘(未详细示出),玻璃管(未示出)可以夹紧到卡盘中。保持单元36或卡盘一方面可以绕其自身轴线H旋转,并且另一方面可以绕轴线R旋转。在示出的示例中,底机32包括八个保持单元36,其可以装入到总共八个处理站38上,处理站38在示出的示例中被分成七个初级处理站401-407以及一个进一步处理站42。此外,底机32包括管道系统44,诸如空气的气体可以通过管道系统44从压力源46供应到保持单元36。
为了制备玻璃容器10(未示出),玻璃管(未示出)首先夹紧在母机34的卡盘34中。玻璃管的开口端部18相对于重力作用方向而从卡盘向下突出预定量并且经过不同处理步骤,例如以形成卷边20(见图1)或螺纹。如果开口端部完全形成,玻璃管被装入到第一初级处理站401,在其中,母机34的卡盘和底机32的卡盘沿轴向对准。母机34的卡盘通常位于底机32的卡盘之上,这就是底机32得到其名称的由来。在初始条件下,玻璃管的长度为约1.5m,使得玻璃管向下突出的部分必须从剩余部分分离,用于形成玻璃容器10。为此,玻璃管通过包括一个或多个气体燃烧器501的分离装置48在对应点处加热。如果达到需要温度,保持单元36在底机32的卡盘朝向母机34的卡盘的情况下沿轴向向上移动,使得其可接合玻璃管。此后,卡盘再次沿轴向向下移动,其中玻璃管在其已加热并形成两个闭合底部的点处分离。在第一初级处理站401中,气流通过管道系统44已经引入到玻璃管中。
现在布置在底机32的卡盘内的玻璃容器10包括已经完全形成的开口端部18以及闭合的玻璃容器底部16,其中玻璃容器底部16还没有具有期望形状。为了如期望地成形玻璃容器底部16,其用额外的气体燃烧器502-504以针对性方式进行处理,为此,底机32装入到其他初级处理站402-404中。气体燃烧器502-504通常适于特别处理步骤。在通过气体燃烧器502-504的处理过程中,另外将气流引入到现在闭合的玻璃容器10中。如果玻璃容器10已经过第四初级处理站404,玻璃容器底部16完成到这样的程度,使得玻璃容器10现在可以达到期望长度。为此,玻璃容器10在第五个处理站405中被压靠到底侧模具(未示出)。
接下来,玻璃容器10移动到进一步处理站42,在其中,管状部分12的内表面14的环形区域23加热到转变温度之上的处理温度TBeh。使用其他燃烧器50X进行此热处理,气体燃烧器50X通过其提供的火焰从外侧加热玻璃容器10并且将玻璃容器在此处理温度TBeh下保持期望时间段。为了获得环形区域23的均匀热处理,保持单元36与玻璃容器10一起绕轴线H旋转。标号50X表示,气体燃烧器50X不存在于传统玻璃处理设备中并且包含根据环形区域23的热处理的具体需求而调整的某些改良。通过其他热源、例如通过激光器或利用短波红外辐射的热处理也是可以想到的。
基于方法的实施例,在环形区域23的热处理之前,玻璃容器10可以吹出,其可以使用在形成玻璃容器底部16的过程中引入到玻璃容器10的相同气体来实施。
在热处理之后,玻璃容器10被装入到第六初级处理站406中并从卡盘中移出。在第七初级处理位置407中,通常不进行处理。从第六初级处理站406,玻璃容器10然后被装入到退火炉52中,在退火炉52中,玻璃容器10通过加热到退火温度而消除应力。在退火处理完成之后,玻璃容器10从退火炉52中移出并冷却,冷却可以通过存储在室温下来被动进行或在冷却单元中以针对性的方式主动冷却。冷却的玻璃容器10现在可以使用了。
图3示出了本发明的玻璃处理设备302的第二示例性实施例,其也包括底机322和母机34。与第一示例性实施例不同的是,根据第二示例的玻璃处理设备302包括具有总共八个处理站381-388的商用底机322。这里,初级和进一步处理站之间可以没有任何差别,因为环形区域23的热处理不在底机322处进行,而是在单独的热处理站54中进行。代替底机322的进一步处理站40,在第二示例性实施例中提供处理站386,在其中,玻璃容器10可以冷却。
玻璃容器10在第七处理站387处从底机32中移出并供应到热处理站54,该热处理站54沿玻璃容器10的处理方向布置在底机32和退火炉52之间。在热处理站54中,玻璃容器10的环形区域23如上所述进行热处理,然后在退火炉52中消除应力并且接着冷却。
图4示出本发明的玻璃处理站303的第三示例性实施例,其仅仅包括热处理站54和退火炉52。热处理站54和退火炉52在空间上与底机32和母机34分开布置。此实施例适于已经用传统方式制备并且现在根据本发明进行后处理的玻璃容器10。在此情况下,玻璃容器底部16的形成与环形区域23的热处理之间存在较长时间间隔。通过适当处理控制,可以省去玻璃容器10在环形区域23的热处理之后的退火。
图5和6示出环形区域23可以在热处理站54中进行热处理的两种不同方式。在图5中,热处理站54包括提供激光束的激光器56。作为此上下文中的激光器56,设备应理解为可以通过其产生激光束58。激光器56具有基本管状导引部60,通过其,激光束58被引导并保护免于外部影响。同时,导引部60也用于保护呆在激光器56或激光束58邻近区域的人。在导引部60的远端,布置确保激光束58偏转大致90°并沿径向离开导引部60的偏转装置62。导引部60可以包括在激光束58离开并且否则关闭处的开口或窗口。此外,偏转装置62被构造使得其产生激光束58的拓宽。如果激光束58在离开激光器56之后具有大致圆形横截面,激光束58在撞击到偏转装置62上进行修饰,使得其呈现大致椭圆形、卵形或矩形的横截面。
另外,激光器56包括移位装置64,通过其,激光器56可以至少沿激光束58在离开激光器56之后的轴线X向前或向后移动。
在热处理站54中,玻璃容器10通过支撑装置66保持并传送。支撑装置66可以构造成使得玻璃容器10可以进行二维或三维运动。
支撑装置66将玻璃容器10移动到其中容器轴线C和激光束58离开激光器56的轴线X大致重合的位置。基于移位装置和支撑装置66的设计,玻璃容器10朝向激光器56移动,使得导引部60穿过开口端部18插入玻璃容器10中到这样的程度,使得偏转的激光束58冲击到内表面14上并且可以从玻璃容器10的内侧覆盖环形区域23。可选地,激光器56可以朝向玻璃容器10移动或者两个部件可以朝向彼此移动。例如也可以伸缩地构造导引部60,使得仅仅导引部60移动。然后,玻璃容器10通过支撑装置66旋转或者激光器56或导引部60通过移位装置旋转,使得环形区域23完全被激光束58覆盖并因此加热。玻璃容器10因此必须相对于激光器56或激光束58旋转至少360°,其中旋转约360°的整数倍数也是可以的,以将环形区域23在要求的整个时间内保持在处理温度Tbeh。
在热处理之后,玻璃容器10移动远离激光器56,使得导引部60不再超过开口端部突伸到玻璃容器10中。玻璃容器10现在可以通过支撑装置66传送到退火炉52并且以如上已经解释的方式进行进一步处理。
图6示出玻璃容器10的环形区域23在热处理站54中如何可以进行热处理的第二种方式。在此情况下,热处理站54包括气体燃烧器50,其静止布置在热处理站54中。玻璃容器10通过支撑装置66相对于气体燃烧器50定位,使得环形区域23可以通过气体燃烧器50从外侧进行热处理。因为气体燃烧器50仅可以在相当大的机械工作下绕玻璃容器10旋转,在此情况下,玻璃容器10通过支撑装置66绕其容器轴线C旋转,使得环形区域23均匀地加热到处理温度TBeh。
在环形区域23的热处理之后,玻璃容器10现在可以通过支撑装置66传送到退火炉52并以如上已经描述的方式进行进一步的处理。
除了通过气体燃烧器50之外,环形区域可通过激光器56从外侧以相同方式进行处理。
图7示出已经通过本发明方法所处理的玻璃容器10。玻璃容器10包管状部分12处的塑性变形68。塑性变形68是环形区域23从玻璃容器10的外侧进行热处理的结果。在从外侧的处理中,整个壁必须加热,使得在内表面14上获得处理温度TBeh。由于因此获得的整个壁的较低粘度,不能够防止玻璃容器10的局部流动。此效应在气体燃烧器用于热处理时可能越来越多地发生,因为排出的气体施加回压到玻璃容器10的外表面上并且因此促进局部流动。塑性变形68通常位于环形区域23中或在环形区域23和玻璃容器底部16之间(见图1)。塑性变形68可以作为证据用于适当的质量检查玻璃容器10是否已经根据本发明进行热处理。
元件符号列表
10玻璃容器
12管状部分
14内表面
16玻璃容器底部
18开口端部
20卷边
22扩散区
23环形区域
24沉淀物
26面向底部的端部
28背离底部的端部
30、301-303玻璃处理设备
32、321、322底机
34母机
36保持单元
38、381-388处理站
40、401-407初级处理站
42进一步处理站
44管道系统
46压力源
48分离装置
50、501-50X气体燃烧器
51火焰
52退火炉
54热处理站
56激光器
58激光束
60导引部
62偏转装置
64移位装置
66支撑装置
68塑性变形
C容器轴线
H保持单元的轴线
LA距离
LB距离
R底机的轴线
TBeh处理温度
TE退火温度
TG转变温度
X轴线
Claims (27)
1.一种用于热处理由硼硅酸盐玻璃管制备的玻璃容器(10)的内表面(14)的环形区域(23)的方法,其中所述环形区域(23)布置在所述玻璃容器(10)的管状部分(12)处并与玻璃容器底部(16)相邻,该方法包括如下步骤:
-由所述玻璃管形成所述玻璃容器底部(16);
-将所述管状部分(12)的所述内表面(14)的所述环形区域(23)加热到转变温度TG之上的处理温度TBeh,其中所述环形区域与所述玻璃容器底部(16)相邻;
-保持所述处理温度TBeh一定时间段;以及
-将所述玻璃容器(10)冷却到室温。
2.根据权利要求1所述的方法,
其特征在于,所述环形区域(23)被加热到700-1000℃的处理温度TBeh。
3.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,所述处理温度TBeh保持1-20秒的时间段。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于,所述环形区域(23)通过激光器(56)从所述玻璃容器(10)的内侧进行热处理。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,
其特征在于,所述环形区域(23)通过气体燃烧器(50)或激光器(56)从所述玻璃容器(10)的外侧进行热处理。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于,在所述环形区域加热到所述处理温度TBeh之前,所述玻璃容器(10)被预热到400-660℃的预热温度TV,并且特别预热到所述玻璃容器(10)的粘度是1012.4dPaS或更低的预热温度TV。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于,所述玻璃容器(10)在退火炉(52)中在所述玻璃容器(10)的粘度为1013.3dPaS或更低的退火温度TE下进行退火。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于,由所述玻璃管形成所述玻璃容器底部(16)的步骤与加热所述环形区域(23)的步骤之间的时间段为20-240秒,特别是30-60秒。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于,在由所述玻璃管形成所述玻璃容器底部(16)的步骤与加热所述环形区域(23)之间,所述玻璃容器(10)用气体吹出。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其特征在于,所述环形区域(23)在面向所述底部的端部(26)和背离所述底部的端部(28)之间进行热处理,其中面向所述底部的所述端部(26)相对于所述玻璃容器底部(16)的内侧沿容器轴线(C)具有0-20mm的距离(LB)。
11.根据权利要求10所述的方法,
其特征在于,所述环形区域(23)进行热处理,其在面向所述底部的所述端部(26)与背离所述底部的所述端部(28)之间的距离(LA)为1-10mm。
12.一种用于根据上述权利要求中任一项所述的方法由硼硅酸盐玻璃管制备玻璃容器(10)的玻璃处理设备(30)的底机,包括:
-一个或多个保持单元(36),用于保持所述玻璃容器(10),其中所述保持单元(36)被安装成可绕所述底机(32)的旋转轴线(R)旋转,以将所述玻璃容器(10)传送到许多初级处理站(40),其中,至少在一个所述初级处理站(40)处,布置用于从所述玻璃管分离所述玻璃容器(10)的分离装置(48);
其特征在于,所述底机(32)包括一个或多个进一步处理站(42),用于热处理所述玻璃容器(10)的内表面(14)的环形区域(23),其中,所述保持单元(16)被设置成使得其将所述玻璃容器(10)或所述玻璃管传送到所述进一步处理站(42)。
13.根据权利要求12所述的底机,
其特征在于,所述进一步处理站(42)中的一个或多个包括气体燃烧器(50)和/或激光器(56)。
14.根据权利要求12或13所述的底机,
其特征在于,包括提供气流的压力源(46)、以及与所述压力源(46)连通用于将所述气流导引到所述保持单元(36)并用于将所述气流引入到所述玻璃管中或到所述玻璃容器(10)中的管道系统(44)。
15.一种用于通过根据权利要求1-11中任一项所述的方法由硼硅酸盐玻璃管制备玻璃容器(10)的玻璃处理装置(30),包括母机(34)和底机(32),其中所述底机(32)包括:
-一个或多个保持单元(36),用于保持所述玻璃容器(10),其中所述保持单元(36)被安装成可绕所述底机(32)的旋转轴线(R)旋转,以将所述玻璃容器(10)传送到许多初级处理站(40),其中,至少在一个所述初级处理站(40)处,布置用于从所述玻璃管分离所述玻璃容器(10)的分离装置(48);
其特征在于,所述底机(32)包括一个或多个进一步处理站(42),用于热处理所述玻璃容器(10)的内表面(14)的环形区域(23),其中,所述保持单元(16)被设置成使得其将所述玻璃容器(10)传送到所述进一步处理站(42)。
16.一种用于通过根据权利要求1-11中任一项所述的方法由硼硅酸盐玻璃管制备玻璃容器(10)的玻璃处理设备(30),包括:
-母机(34);
-底机(32),包括用于保持所述玻璃容器(10)的一个或多个保持单元(36),其中所述保持单元(36)被安装成可绕所述底机(32)的旋转轴线(R)旋转,以将所述玻璃容器(10)传送到许多处理站(38),其中,至少在一个所述处理站(38)处,布置用于从所述玻璃管分离所述玻璃容器(10)的分离装置(48);
-退火炉(52),用于所述玻璃容器(10)的退火;
其特征在于,包括热处理站(54),用于热处理由所述硼硅酸盐玻璃管制备的所述玻璃容器(10)的内表面(14)的环形区域(23),其布置在所述底机(32)和所述退火炉(52)之间。
17.根据权利要求16所述的玻璃处理设备,
其特征在于,所述热处理站(54)包括气体燃烧器(50)和/或激光器(56),其中所述激光器提供激光束(58)。
18.根据权利要求17所述的玻璃处理设备,
其特征在于,所述气体燃烧器(50)和/或所述激光器(56)被布置,使得所述环形区域(23)可以从所述玻璃容器(10)的外侧进行处理。
19.根据权利要求17所述的玻璃处理设备,
其特征在于,所述激光器(56)被布置,使得所述环形区域(23)可以通过所述激光束(58)从所述玻璃容器(10)的内侧进行处理。
20.根据权利要求18或19所述的玻璃处理设备,
其特征在于,所述激光器(56)包括用于导引所述激光束(58)的导引部(60)。
21.根据权利要求19或20所述的玻璃处理设备,
其特征在于,所述热处理站(54)包括移位装置(64),用于将所述导引部(60)引入到所述玻璃容器(10)以及从所述玻璃容器(10)撤回所述导引部(60)。
22.根据权利要求20或21所述的玻璃处理设备,
其特征在于,所述导引部(60)安装成可绕所述激光束(58)的轴线(X)旋转并且包括用于偏转所述激光束(58)的偏转装置(62)。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的玻璃处理设备,
其特征在于,所述导引部(60)被设置成使得其产生所述激光束(58)的拓宽。
24.根据权利要求16-23中任一项所述的玻璃处理设备,
其特征在于,所述热处理站(54)包括支撑装置(66),通过所述支撑装置(66),所述玻璃容器(10)被支撑并且可绕所述容器轴线(C)旋转。
25.根据权利要求16-24中任一项所述的玻璃处理设备,
其特征在于,所述底机包括用于提供气流的压力源(46)、以及与所述压力源(46)连通用于将所述气流导引到所述保持单元(36)并用于将所述气流引入到所述玻璃管中或到所述玻璃容器(10)中的管道系统(44)。
26.一种用于通过包括如下步骤的方法热处理由硼硅酸盐玻璃管制备的玻璃容器(10)的内表面(14)的环形区域(23)的玻璃处理设备:
-将所述管状部分(12)的所述内表面(14)的所述环形区域(23)加热到转变温度TG之上的处理温度TBeh,其中所述环形区域与所述玻璃容器底部(16)相邻;
-将所述处理温度TBeh保持一定时间段;以及
-将所述玻璃容器(10)冷却到室温;
包括:
-热处理站(54),用于热处理由所述硼硅酸盐玻璃管制备的所述玻璃容器(10)的所述内表面(14)的所述环形区域(23);以及
-退火炉(52),用于所述玻璃容器(10)的退火;
其中,所述热处理站(54)包括气体燃烧器(50)和/或激光器(56),其中所述激光器提供激光束(58)。
27.一种通过根据权利要求5,或权利要求5以及权利要求6-11中任一项所述的方法制备的玻璃容器(10),
其特征在于,所述玻璃容器(10)包括所述管状部分(12)的所述环形区域(23)的塑性变形(68),其中所述环形区域(23)在面向底部的端部(26)和背离底部的端部(28)之间进行热处理,并且所述面向底部的端部(26)沿容器轴线(C)相对于所述玻璃容器底部(16)的距离(LB)为0-20mm,并且所述面向底部的端部(26)与所述背离底部的端部(28)之间的距离(LA)为1-10mm。
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