CN111072268A - 用于热成型玻璃工件的方法和设备及热成型的玻璃容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产玻璃工件的设备，包括：至少一个用于加热玻璃直至其软化的装置；用于成型工件的内侧表面的内成型工具；至少一个用于成型工件的外侧表面的外成型工具，该外成型工具包括具有成形表面的成形辊、用于容纳成形辊的装置；和用于将润滑油施加到成形辊的成形表面的装置。在这种情况下，成形辊以可自由旋转的方式安装在容纳装置中，并且在成形过程中可通过可锁定的锁定装置固定。成形辊通过可释放的连接锁定，使得在各个成形过程之间成形辊可以在锁定装置中释放并旋转角度α。

Description

用于热成型玻璃工件的方法和设备及热成型的玻璃容器
技术领域
本发明涉及一种在热加工中成型玻璃工件的方法和设备。具体地，本发明涉及一种用于相应的成型工艺的方法和设备，其能够通过延长清洁间隔来增加制品的生产。此外，本发明涉及中空玻璃制品。
背景技术
从现有技术中已知通过成型工艺由工件(也称为半成品)生产玻璃制品的方法。因此，由玻璃管生产例如用于药物应用的玻璃小瓶，其中将一端处的短的管状部分加热到玻璃的成形温度，并通过合适的成型工具在一个或多个成形步骤中形成所需的形状。内部几何形状通常利用心轴成型，心轴被引入管端。工件在成形过程中旋转。心轴的形状和尺寸限定了玻璃小瓶的内部几何形状。通过外成型工具进行成型，外成型工具将玻璃管压靠在心轴上并同时成形玻璃管的外侧。在此过程中，玻璃管和外成型工具旋转。外成型工具包括具有成形表面的成形辊。
因此，DE 202004004560 U1描述了一种用于热成型的方法和设备，该设备具有以可自由旋转的方式安装的成形辊。成形辊由旋转工件驱动并与玻璃同步地旋转，即玻璃和成形辊之间没有相对运动。
优选地，成型在所谓的多面回转工作台式组合机床上进行。在这种情况下，成型可以分几步进行，即在旋转设备的几个工位上进行。
在工具接触期间，玻璃工件由成型工具冷却。因此，在成型步骤之间，工件可能需要被再加热。温度控制配置成使得在最后的成形步骤之后，玻璃达到工件尺寸稳定的温度。
由于与热玻璃接触，成型工具、特别是成形辊的成形表面暴露于高温负荷。在这种情况下，玻璃可以呈现出高达1000℃的温度。因此，成形表面在成形过程中升温，并且可以呈现出>250℃的温度。
另外，必须避免成型工具与热玻璃直接接触，因为这会导致玻璃粘到成型工具的表面。因此，在玻璃的上述热成型中，通常使用润滑剂，也称为脱模剂，例如油或糊剂。在这种情况下，在成型过程的中间阶段将润滑剂施加到成型工具，其中工具不会有任何玻璃接触，例如，将润滑剂喷涂到成型工具上、溅到模具上或泼到模具上。在此过程中，在任何玻璃接触之前再次润滑相应的工具。
由于高温，在成型过程中产生润滑剂的反应产物。因此，形成炭黑。在操作过程中，炭黑沉积物因此在成形辊的成形表面上积聚。这会造成问题，因为炭黑与热玻璃接触，所以可能会结合到成型的玻璃中或者与玻璃接合。这导致很相当大的美观问题。在玻璃小瓶的生产中，例如，这会导致污染形成的瓶颈的区域。所提及的玻璃小瓶必须丢弃。
除了炭黑污染之外，成形辊上不规则的炭黑沉积物的轮廓会转移到玻璃上。在冲模的情况下，在玻璃表面上留下不规则性，这同样导致外观缺陷并因此抛弃所提及的小瓶。此外，在玻璃表面和旋转的成形辊之间也会发生包含润滑油。在滚动操作期间，所包含的油膜被困在玻璃表面和工具表面之间，因此在仍可变形的玻璃表面上留下图案。在最终产品中，这导致在所讨论的玻璃表面上不同高度的斑点状结构。在这种情况下，就方向而言，图案的形成没有根本差异，即，沿旋转方向(即切向)的图案形式与沿旋转轴方向(即轴向)的图案形式之间没有根本差异。
因此，必须在合适的清洁间隔中清洁成型工具。通常，该间隔为2至3小时。在这种情况下，为了清洁成形辊，必须使生产机器停止，导致产量下降。此外，由于生产机器停止，可能发生启动问题，因此生产过程在停机时间之外受到损害。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生产具有确定的内部和外部几何形状的玻璃制品的设备，该设备没有现有技术的上述缺点。本发明的其它目的是提供相应的生产方法并提供中空制品。
本发明的目的已经通过独立权利要求的主题实现。本发明的有利实施例和改进方案是从属权利要求的主题。
根据本发明的设备具有至少以下部件：
-用于加热玻璃直至其软化的装置，
-用于成型工件的成型工位，成型工位具有至少内成型工具和外成型工具，其中外成型工具包括具有成形表面的成形辊并且用于成型工件的外侧表面以及包括用于容纳成形辊的装置，和
-用于将润滑油施加到成形辊的成形表面的装置，其具有用于分配润滑油的出口，其中
成形辊以可自由旋转的方式安装在容纳装置中，并且在成形过程中通过可锁定的锁定装置牢固地可固定或固定。
在这种情况下，将工件成形为所需产品的特定形状或特定尺寸是成型过程的直接结果。特别地，在小瓶或安瓿瓶的情况下卷边或卷边的外表面，或者在注射器的情况下注射器圆锥体的外表面，可以通过根据本发明的方法成型。
然而，也可以通过若干不同的成型工艺来实现将工件成形为产品形式。除了工件的内侧表面和外侧表面之外，例如在玻璃瓶、玻璃小瓶或玻璃容器的生产中，也可以成形颈部和瓶口几何形状。
利用根据本发明的设备，可以显著延长清洁间隔。同时，减少了与生产相关的报废。这由设备的各个部件确保。
该设备构造成尤其用于成型管状工件。这里，内侧表面和外侧表面基本上由管的几何形状决定。在本发明的优选实施例中，内成型工具是心轴的形式。所述类型的设备特别适于通过成型玻璃管来生产玻璃容器，例如初级药物包装，如小瓶、安瓿瓶或注射器。
由于外成形辊是固定的，因此在成型操作期间不会由旋转工件而驱动或旋转外成形辊。因此，外成形辊和工件之间存在相对运动。由于这种相对运动，剪切力作用在工件上。令人惊奇地，考虑到成形辊的充分润滑，已经发现这对成型工件的质量没有负面影响。相反，已经发现剪切力具有积极效果。因此，待变形的材料特别有利地被引导到成型工具并且通过剪切力压靠成型工具，这进而使工件成形更容易。
成形辊的锁定通过可释放的连接发生，使得成形辊可以在各个成形过程之间释放并且在锁定装置中旋转角度α。根据一个实施例，可以预定角度α。因此，在热成型过程之间成形辊旋转角度α的结果是，随后的热成型操作通过成形表面的相邻表面部分进行。因此，每个成型的工件仅使用成形辊的表面的一小部分。由于在各个成形步骤之间旋转成形辊，确保了成形表面在成形辊的整个表面上的均匀磨损。
根据本发明的锁定装置的另一个优点在于，由于在各个成形过程之间旋转成形辊，所以在每个成形过程中或者对于待成型的每个工件使用成型工具的冷点。因此，在生产过程中，成形辊升温很少(如果有的话)。这是特别有利的，因为以这种方式可以显著减少由于润滑油的氧化或热解而形成的炭黑。此外，还减少了成型工具的磨损，因此可以增加成型工具的使用寿命。
该设备具有用于将润滑油施加到成形辊的成形表面的装置。在这种情况下，对于每次施加操作，润滑油总是仅施加到成形表面的子区域。优选地，在每个循环中将润滑油施加到成形辊的一部分上。
在一个实施例中，用于分配润滑油的装置固定地安装在该设备中，即从喷嘴到待喷射的成型工具表面的距离是恒定的。在这种情况下，喷嘴例如可以集成到成型工位或外成型工具中。也可以在外成型工具下方施加。
根据一个实施例，润滑油通过滴油润滑器施加。已经证明具有自动定期油分配功能的滴油润滑器是特别有利的。
优选地，用于施加润滑油的装置位于该设备中，使得用于施加润滑油的装置的出口和成型工具围绕工件的旋转轴线以至少45°的角距布置。因此，只有很少的润滑油与热玻璃接触。优选地，角度β在90°至270°的范围内，特别优选地在160°至200°的范围内，即在该设备中，用于施加润滑油的装置布置在与玻璃接合相反的一侧上。
根据一个实施例，每次施加时所分配的油的量为0.01g至0.1g，特别优选地0.03g至0.05g。由于施加少量的润滑剂，可以显著减少产品、成型工具和生产环境的污染。然而，同时，在根据本发明的设备中实现足够的润滑效果。
在根据本发明的设备中，粘度<600mm2/s且闪点和/或热解点>200℃、优选地>250℃的任何油都可用作润滑剂。因此，这里可以使用与已知的标准方法中相同的油。
该设备尤其构造成用于成型管状工件。这里，内侧表面和外侧表面基本上由管的几何形状决定。在本发明的优选实施例中，内成型工具是心轴的形式。所述类型的设备特别适于通过成型玻璃管来生产玻璃容器，例如初级药物包装，如小瓶、安瓿瓶或注射器。
成形辊具有旋转对称的横截面区域。根据本发明的一个实施例，在垂直于成形辊的旋转轴线的中心平面中成形辊具有圆柱形横截面。因此，在该实施例中，成形辊是圆形的。这具有的优点是：在步骤c)中，可以自由地选择成形辊旋转的角度，或者不必精确地设定旋转角度α。
可替代地，在垂直于成形辊的旋转轴线的中心平面中成形辊具有多边形横截面，成形辊具有多个成形表面。在具有多边形横截面的成形辊中，在步骤c)中观察到的旋转角α取决于成形表面的数量。优选地，成形辊具有6至18个成形表面。
在该实施例的改进方案中，成形表面的边缘是平的、凸的或凹的。
由于在每次成形过程之后根据本发明旋转成形辊，所以成型工具的冷点用于待成型的每个工件，并且成形辊在整个生产期间升温很小。根据本发明的一个改进方案，该设备具有用于冷却成形辊的附加装置。在这种情况下，冷却可以通过主动或被动热传导进行。
在本发明的一个实施例中，该设备具有冷却元件，冷却元件直接或间接地连接到用于容纳成形辊的装置。成形辊与冷却元件热接触，其中冷却元件优选地具有用于内部冷却的部件，使得工艺中产生的热量能够发散。在这种情况下，冷却剂通过冷却元件仅间接地与成形辊接触。
可替代地或另外地，该设备具有空气冷却单元，用于冷却成形辊。
优选地，该设备配置成使得通过热量发散，成型工具表面处的温度为至多250℃，优选地至多180℃，特别优选地至多100℃。在这种情况下，成型工具的表面理解为在成型过程中特别是与热玻璃接触的成型工具的部分。在这种情况下，借助于直接靠近玻璃接触点的表面接触温度计来偶尔测量成形辊的表面温度。由于低温，实际上没有油氧化，因此炭黑形成显著减少，并且在成形辊的成形表面上没有或仅有非常少量的氧化残余物沉积。
因此，根据本发明的设备优选地具有至少8小时或甚至至少12小时的清洁间隔。清洁间隔在此理解为设备的两个停机时间之间的时间，以清洁成型工具。
此外，本发明涉及一种用固定的成形辊成型玻璃工件的方法。这里，该方法包括至少方法步骤a)至c)，步骤a)加热工件直至其软化，步骤b)在至少一个成型步骤中用至少一个具有成形辊的成型工具成形工件的外表面和内表面，步骤c)释放锁定装置，将成形辊旋转预定角度α并再次固定成形辊，使得当重复步骤a)和b)时，成形辊的成形表面的不同部分与工件接触。在这种情况下，优选地，通过内成型工具和外成型工具成型工件。优选地，工件为管的形式，特别是具有圆形或椭圆形横截面的管。特别地，可以用根据本发明的方法生产例如小瓶、安瓿瓶或注射器的颈部或卷边区域。
在步骤a)中，首先将工件加热到约为所用玻璃的成形温度的温度，并且在步骤b)中，与成型工具接触而成型工件。优选地，在步骤b)中，为了成形，将内成型工具引入工件中，并将外成型工具施用到工件上，使得工件被成型。在这种情况下，内成型工具优选地为心轴的形式。外成型工具具有至少一个成形辊，该成形辊具有至少一个成形表面。在这种情况下，成形辊通过可释放的锁定装置固定到容纳装置。
工件位于内成型工具上并围绕其中心点进行旋转。由于外成形工具的成形辊是固定的，因此成形辊不旋转，从而在成型操作期间在成形表面和工件之间存在相对运动。在成型操作期间，至少是与工件接触的成形表面的部分被作为润滑剂的油覆盖，从而避免玻璃粘到成形表面上。
在方法步骤a)至c)之一期间，将油施加到成形表面(其在步骤b)中形成与玻璃的接触表面)的子区域。在这种情况下，在施加油时，将油施加到不与工件接触的成形表面的一部分上。根据本发明的一个实施例，在每个循环中，将润滑油施加到成形辊的成形表面的一部分上。滴油润滑器、特别是具有自动、定期油分配的滴油润滑器已经证明在此是特别有利的。在本发明的一个实施例中，在每次油分配操作中将0.01g至0.1g、优选地0.03g至0.05g的油施加到成形辊上。
在步骤c)中，释放锁定装置。成形辊旋转角度α并随后再次固定在锁定装置中。根据本发明的一个实施例，角度α是预定的，即将成形辊旋转预先设定的角度α。因此，当重复步骤a)和b)时，步骤c)确保成形辊的成形表面的不同部分与工件接触。因此，避免了整个成形辊的升温，并且冷的成形表面可用于每个成形操作。因此，炭黑形成显著减少。
根据本发明方法的一个变体，在成型过程中，即使与加热的工件接触，成形表面(其在成形过程中形成与玻璃的接触表面)的表面温度为至多250℃，优选地至多180℃，特别优选地至多100℃。
在这种情况下，成形在成形过程中可冷却成形辊。特别地，在成形过程中借助于热传导可以对成形辊进行发散热量。
根据本发明的一个实施例，热量发散通过散热被动地进行。在这种情况下，成形辊与冷却元件接触。在这种情况下，冷却元件可以表现出主动冷却。因此，在一个改进方案中，用冷却介质、优选用冷却液冲洗冷却元件。
可替代地或另外地，与待成型的工件接触的成形表面的部分通过吹入气流、优选地通过吹入空气流来冷却。
根据一个实施例，在步骤b)中，用具有圆形横截面区域的成形辊成型工件的外侧表面。在该实施例中，在步骤c)中，成形辊优选地旋转2°至10°范围的角度α，特别优选地旋转3°至5°范围的角度α。
可替代地，成形辊具有多边形横截面区域。优选地，成形辊具有多边形横截面区域，该多边形横截面区域具有6至18个成形表面，其中成形表面的数量由多边形侧面的数量决定。
在本发明的一个改进方案中，在步骤c)之后，进行用于清洁成形辊的步骤d)。在这种情况下，停止成形过程并在停机期间清洁成形辊。根据本发明的一个实施例，清洁步骤最早在步骤a)至c)重复10000次后进行，即最早在10000个成型的工件之后进行。可替代地，清洁步骤d)最早在设备运行时间4小时、优选地8小时、特别优选地15小时、非常特别优选地24小时后进行。因此，可以显著延长清洁间隔的持续。优选地，两个清洁步骤d)之间的运行时间大于24小时。
根据本发明的另一个改进方案，在步骤c)之后，在用新工件重复步骤a)至c)期间进行用于清洁成形辊的清洁步骤e)。因此，在该改进方案中，清洁在正在进行的过程中进行。因此没有必要中断生产过程。这里，在每种情况下，仅清洁成形表面的一部分，优选地成形表面的在前一步骤b)期间与工件接触的部分。优选地，在具有步骤a)至c)的每个成形过程之后进行成形辊的清洁。
此外，本发明涉及通过根据本发明的方法生产或可生产的中空玻璃制品。在这种情况下，该玻璃制品是容器或容器的一部分，并且包括容器的壁、以及颈部或肩部。中空玻璃制品至少部分地为具有圆形或椭圆形横截面的圆柱形。
容器的外表面在生产过程期间暴露于增加的压力的点处具有特征表面结构，并且通过外成型工具和内成型工具(例如心轴的形式)成形。容器外表面的这些表面区域在下文中也称为特征表面区域。在本发明的含义内，特征表面理解为特别是外玻璃表面的表面区域，其在成形步骤中用内部心轴和外成型工具成型。优选地，用于成型特征表面区域的成形步骤是用于生产所提及的容器的整个成形方法中的最后成形步骤。
根据一个实施例，容器是小瓶或安瓿瓶。这里，特征表面区域理解为卷边的外表面。在本发明的另一个实施例中，容器是注射器。在该实施例中，特征表面区域理解为圆锥体的外表面。
在这种情况下，容器的特征表面区域具有表面结构，该表面结构具有高度浮雕，高度浮雕在高度轮廓中具有梯度的各向异性。在这种情况下，高度轮廓具有切向梯度和轴向梯度。
切向梯度在此理解为高度轮廓沿切向方向的梯度，其中切向方向在这种情况下指定为表面结构的方向(其对应于在成型过程期间工件的旋转方向)。相反，轴向梯度理解为高度轮廓沿轴向方向(即平行于工件的旋转轴线的方向)的梯度。
在这种情况下，切向梯度的平均值(即平均切向梯度值)以及轴向梯度的平均值(即平均轴向梯度值)根据本发明由特征表面区域的高度轮廓确定如下：
在容器的特征表面上设置三个尺寸为1.0mm×1.0mm的测量区域，使得测量区域彼此之间的切向距离为120°，因此测量区域围绕特征表面区域的周围均匀地分布。同时，每个测量区域沿轴向方向同中心地布置在特征表面区域上。
由于容器的旋转对称形状或圆柱形状，每个特征表面区域沿切向方向具有圆柱形曲率。在测量高度轮廓之后自动校正该圆柱形曲率，在测量区域尺寸1.0mm×1.0mm的情况下这是容易实现的。沿轴向方向产生的特征表面区域的任何系统曲率(即由容器成形引起的曲率)也被自动校正。因此，在下面描述的高度浮雕的确定和评估中，不考虑宏观容器形式的影响。
特征表面区域中的各个测量区域的高度浮雕可以用白光干涉仪建立。在这种情况下，沿切向方向和轴向方向的梯度在每种情况下在测量区域内的高度浮雕的每个点处确定。随后就宏观容器形式沿轴向和圆周方向计算机地校正高度浮雕。随后，由切向或轴向上的特定方向导数计算局部梯度。在这种情况下，表面浮雕的绝对高度值下降，因为谷和峰之间的高度差被具有近似恒定梯度的区域代替。根据峰和谷之间的特定绝对高度差，这些恒定的区域在测量区域上延伸到不同的宽度。因此获得测量区域的平均切向梯度值和平均轴向梯度值，作为在测量区域上平均的局部切向梯度或局部轴向梯度的量的值。各个测量区域的相应平均梯度值是算术上平均的，使得平均切向梯度值和平均轴向梯度值在三个测量区域上以平均的形式确定。在这种情况下，在下文中，除非另有说明，否则平均切向梯度值和平均轴向梯度值理解为在三个测量区域上如上所述确定的平均梯度值。
在这种情况下，根据本发明的容器具有特征表面区域，其中平均切向梯度值小于平均轴向梯度值。这可以解释为，在用固定的成形辊生产容器期间，特别是在根据本发明的生产方法期间，工件的可变形的玻璃表面在外成型工具的静止的工具表面上拖曳，因此由玻璃表面刮下或除去位于成型工具表面上的润滑剂膜或油膜。由于玻璃表面和工具表面之间的相对运动，以与转动过程类似的方式产生凹槽图案。
与此相反，通过现有技术已知的方法用移动成形辊生产的容器的高度轮廓在高度轮廓的梯度(取决于特定的方向导数)方面没有呈现出或至少没有明显的各向异性。缺少优选的方向在此可以通过这样的事实解释:在现有技术已知的方法中，在工具接触点处在增加的压力下工具表面沿旋转方向在工件的玻璃表面上滚动，其中不同厚度的润滑油膜位于工具和玻璃表面之间。在滚动运动期间，润滑油膜的不同厚度以冲模的方式压印到仍可变形的玻璃表面上。在这种情况下，图案沿旋转方向(即切向)和旋转轴线方向(即轴向)形成的方式没有或至少没有显著差异。
因此，本发明还包括通过根据本发明的方法生产或可生产的中空玻璃制品，其中玻璃制品是容器或具有颈部或肩部区域和壁的容器的一部分，其中该玻璃制品包括容器的壁和颈部或肩部区域，其中壁具有圆形或椭圆形横截面，并且容器在中空玻璃制品的外玻璃表面上具有特征表面区域，其中特征表面区域具有切向方向和轴向方向，其中切向方向对应于圆周方向，而轴向方向垂直于切向方向，其中特征表面区域中的高度轮廓在每种情况下包括具有平均切向梯度值的切向梯度和具有平均轴向梯度值的轴向梯度，其中切向梯度是高度轮廓沿切向方向的梯度，而轴向梯度是高度轮廓沿轴向方向的梯度，并且，其中通过特征表面区域中的测量区域内的高度轮廓的局部切向梯度值的量的积分来确定平均切向梯度值，通过特征表面区域中的测量区域内的高度轮廓的局部轴向梯度值的量的积分来确定平均轴向梯度值。
根据本发明的一个实施例，容器的特征表面具有表面结构，该表面结构具有高度浮雕，其中下列条件应用于平均切向梯度值与平均轴向梯度值之间的比率：
平均切向梯度值/平均轴向梯度值<0.60。
特别优选地，下列条件应用于平均切向梯度值与平均轴向梯度值之间的比率：
平均切向梯度值/平均轴向梯度值<0.45。
根据本发明的一个改进方案，外侧表面在特征表面区域中具有的粗糙度深度Rz轴向(沿容器的纵向轴线方向测量)大于粗糙度深度Rz切向(在壁的高度处横向于(即在85°至95°的范围内，优选地在90°的范围内)容器的纵向轴线测量)。优选地，该部分具有周向的凹痕或凹槽。
凹痕或凹槽的深度可以通过相关部分的最大独立粗糙度深度Rz轴向来描述。在这种情况下，独立粗糙度深度Rz轴向根据标准DIN EN ISO 4768：1990确定。
在本发明的一个改进方案中，容器的特征表面区域具有至少2个、优选地至少3个周向的凹痕。在这种情况下，各个凹痕之间的距离可以变化。
根据一个实施例，中空玻璃制品是瓶子、瓶、注射器的一部分或安瓿瓶的一部分。特别地，中空玻璃制品是初级药物包装的部分，例如药用小瓶的部分。
本发明还包括一种中空玻璃制品，其中玻璃制品通过热成型玻璃管和/或沿其高度具有恒定壁厚的管状部分来制成，在该管状部分中壁厚的标准偏差小于0.05mm。
本发明还包括如上所述的中空玻璃制品，其中特征表面区域位于管状部分的外侧，并且位于玻璃制品的端部区域中，其中，玻璃制品在特征表面区域中的直径小于在管状部分中的的直径。
中空玻璃制品的玻璃尤其可以是硼硅酸盐玻璃。
附图说明
在下文中，通过示例性实施例并参考图1至17来更详细地解释本发明。
在图中：
图1和图2示出了现有技术已知的用于热成型的设备的侧视图和俯视图的示意图，
图3和图4示出了根据本发明的用于热成型的设备的一个实施例的侧视图和俯视图的示意图，
图5示出了根据本发明的制备方法的一个实施例的示意图，
图6和图7示出了根据本发明的设备的一个实施例的侧视图和俯视图的示意图，该设备具有带有多边形横截面的外成形辊，
图8和图9示出了根据本发明的玻璃小瓶的示意图，
图10示出了现有技术已知的容器的特征表面区域的表面结构的2D高度浮雕的图示，
图11示出了一个实施例的特征表面区域的表面结构的2D高度浮雕的图示，
图12示出了现有技术已知的容器的特征表面区域的表面结构的3D高度浮雕的图示，
图13示出了一个实施例的特征表面区域的表面结构的3D高度浮雕的图示，
图14和图15示出了现有技术已知的容器的特征表面区域沿切向和轴向方向的梯度分析的图示，和
图16和图17示出了一个示例性实施例的特征表面区域沿切向和轴向方向的梯度分析的图示。
具体实施方式
图1和图2示意性地示出了现有技术已知的用于热成型的设备。在这种情况下，图1示出了侧视图而图2示出了俯视图。该设备具有内成型工具40，其成型玻璃小瓶的内侧表面。外成形辊20以可旋转的方式安装在安装悬架60中。此外，该设备具有空气冷却单元70，用于冷却玻璃管30。在成型过程中，旋转玻璃管30。成型工具40和20朝向待成型的玻璃管毛坯移动。由于外成型工具20以可旋转的方式安装，它们也随着玻璃管30的旋转运动而旋转。因此，外成形辊20和玻璃管30相对于彼此没有呈现出相对运动。此外，在成型玻璃管30的外侧表面期间，外成形辊20的整个侧表面与热玻璃管30接触。借助于空气冷却单元70冷却玻璃管。
图3和4图示出了根据本发明的用于热成型的设备的一个实施例的示意图。在这种情况下，图3示出了该设备的侧视图而图4示出了该设备的俯视图。该设备具有用于成型玻璃管30的内侧表面的内成型工具40和用于成型玻璃管30的外侧表面的两个外成型工具21。旋转玻璃管30；旋转运动用箭头表示。
外成型工具21是具有圆形横截面区域的成形辊的形式，并且安装成借助于安装悬架61可自由地旋转。然而，在成型过程中，成形辊21由锁定装置82固定，因此成形辊21的旋转是不可能的。因此，成形辊21不会随旋转玻璃管30而旋转，而是通过装置82保持固定在它们的位置。因此，玻璃管30和成形辊21相对于彼此呈现出相对运动。由于在成形过程中成形辊21由锁定装置82固定，因此仅成形辊21的侧表面的一小部分与热玻璃管30接触，而成形辊21的侧表面的其余部分不与玻璃管接触。因此，仅成形辊21的侧表面的一小部分用作与玻璃管的接触表面。
根据本发明的设备2还具有用于将润滑剂涂覆到外成形辊21的装置90。在这种情况下，用于施加润滑油的装置90的出口和成型工具布置在围绕工件的旋转轴线至少45°的角距处。装置90的这种布置确保润滑剂不会施加到成形辊21与热玻璃管30的接触表面，而是施加到成形辊21的冷的区域。在所示的实施例中，根据本发明的设备还具有用于冷却成形辊的装置100。因此，可以避免润滑剂的热分解。这导致形成更少的炭黑，从而导致工件更少的污染。
图5示出了根据本发明的成型方法的一个实施例的示意图。在这种情况下，设备2a对应于图3和图4中所示的根据本发明的设备。为了更加清楚，仅示出了一个外成形辊21。
在步骤a)中，提供玻璃工件30并使其位于内成型工具40上，其中已经将工件加热直至玻璃软化。外成型工具21是具有圆形横截面的成形辊的形式，并且通过安装悬架60以可旋转的方式安装。借助于锁定装置82将成形辊固定。
在步骤b)中，成型工件30。为此，将工件30绕其中心点旋转。旋转运动用箭头表示。工件30的内侧表面由内成型工具40成型。工件30的外侧表面的成型通过外成型工具21的接触表面22进行。在这种情况，在成型操作期间接触表面22涂覆有润滑剂。
在成型操作之后，在步骤c1)中，从设备2a移除工件30。锁定装置82被释放并且成形辊21旋转预定角度α。优选地，角度α对应于接触表面22的角度。随后，在步骤c2)中，通过将锁定装置82锁定来固定成形辊21的位置。
另外，在步骤c)中，通过装置90将润滑剂施加到成形辊21的侧表面的子区域91。在这种情况下，将润滑剂施加到成形辊21的子区域91，该子区域不是前述步骤b)中的接触面22的一部分。这确保了在施加润滑剂期间，通过与热玻璃30接触，子区域91不会或不再被加热。
在用新工件31重复步骤a)和b)时，成形辊21的侧表面的新的子区域23与工件31接触。因此，利用成形辊21的侧表面的不同子区域作为接触或成形表面来成型每个工件；因此，特定的成形表面没有被先前的成形过程加热，而是在每个成形过程中提供冷的成形表面。在这种情况下，冷的成形表面尤其理解为表面温度低于250℃的成形表面。
图6和图7示出了具有成形辊25的示例性实施例的示意图，该成形辊25具有多边形横截面。这里所示的成形辊具有十二边形形式的横截面。因此，12个成形表面26作为接触表面存在。因此，对于该成形辊，图5中所示的旋转角α为30°。
图8示出了成型的玻璃小瓶31的示意图。在这种情况下，相对于玻璃小瓶的纵向轴线33，箭头34和35示出了深度粗糙度Rz纵向和Rz横向在测量区域32中的测量方向。在这种情况下，箭头34表示轴向方向而箭头35表示切向方向。在这种情况下，测量区域32位于特征表面区域320中。在图8所示的示例性实施例中，特征表面区域32对应于卷边的外表面。
在图9中示意性地示出测量区域32。在这种情况下，玻璃小瓶的特征表面320(即卷边)具有多个周向的凹槽36、37、38、39。在这种情况下，凹槽或凹痕36、37、38和39横向于玻璃小瓶的纵向轴线定向。
图10示出了现有技术已知的玻璃小瓶的特征表面区域的表面结构的2D高度轮廓，作为比较例。在这种情况下，测量区域的尺寸为2mm×2mm，并且取自卷边区。在这种情况下，以灰度显示了2D高度轮廓。在这种情况下，x轴表示切向方向而y轴表示轴向方向。从图10中可以清楚地看出，在生产过程中压印的图案没有优选的方向。因此，图案或高度轮廓沿圆周方向(即沿切向方向)与沿旋转轴方向(即沿轴向方向)一样明显。
图11示出了示例性实施例的特征表面区域的2D高度轮廓。在这里，测量区域的尺寸为2mm×2mm，并且取自卷边区域。在这种情况下，以灰度显示了2D高度轮廓。在这种情况下，x轴表示切向方向而y轴表示轴向方向。与图10中所示的高度轮廓相反，示例性实施例的高度轮廓具有各向异性分布。在这种情况下，具有相同轴向值的部分具有相同或几乎相同的高度，而具有相同切向值的测量点的浮雕高度通过不同的轴向值各不相同。
这归因于以下事实：在根据本发明的方法中，可变形的玻璃表面在静止的工具表面上拖曳，因此刮去厚度不确定的油膜，结果是沿切向方向出现凹痕图案。从图13中也可以清楚地看到这一点。图13显示了2mm×2mm测量区域的玻璃表面的3D高度浮雕，以灰度显示。在这种情况下，x轴表示切向方向而y轴表示轴向方向。沿切向方向具有凹痕或凹槽的拖曳图案是显而易见的。
与此相反，图12示出了比较例的特征区域的3D高度轮廓。与示例性实施例不同，比较例未示出高度轮廓中的优选方向。相反，对于如何切向地和轴向地成型压印图案没有区别。
为了定量评估特征表面区域的结构，选择总共三个尺寸为1mm×1mm的测量区域，并通过Zygo NexView Nx2型白光干涉仪建立高度浮雕。在这种情况下，各个测量区域彼此之间的切向距离为120°，并且围绕特征表面区域的整个周围均匀地分布。此外，各个测量区域定向成使得它们沿轴向方向同中心地布置在特征表面区域中。
由于容器的宏观形状，就测量区域的圆柱形状计算地测量和校正高度浮雕。
由这种方式获得的高度浮雕，在每种情况下在高度浮雕的每个点处确定沿切向方向和轴向方向的局部梯度。为了确定特定测量区域的特定平均切向梯度值和平均轴向梯度值，对整个测量区域上的相应局部梯度值的量进行平均。各个测量区域的相应平均梯度值进而进行算术平均，使得将平均切向梯度值和平均轴向梯度值确定为三个测量区域上的平均值。
图14和图15示出了比较例沿切向方向(图14)和轴向方向(图15)的梯度分析，其中局部梯度值以灰度显示。在比较例中，切向梯度和轴向梯度的值彼此几乎没有差异，即，关于测量区域上的梯度分布，没有优选的方向或各向异性。
在图16和图17中示出了示例性实施例的梯度分析，其中图16示出了沿切向方向的局部梯度，图17示出了沿轴向方向的局部梯度。从图16和图17可以清楚地看出梯度值的各向异性。虽然沿切向方向梯度几乎是恒定的，但是沿轴向方向梯度值变化很大。
在这种情况下，梯度的值也取决于总是位于旋转对称的容器的外侧的特征表面的直径。用于测量的表面区域的直径越小，产生的梯度越大。对于沿切向方向的梯度和沿轴向方向的梯度都是如此。下表1显示了具有不同卷边直径的小瓶的测量值。
Figure BDA0002239401810000151
表1：取决于卷边直径和生产方法的平均梯度值
表1中所示的梯度值表示几个样品的算术平均值，在每种情况下，其中各个样品的值通过对测量进行算术平均来确定，所述测量在卷边的外表面上的三个测量区域进行，测量区域尺寸为1mm×1mm。在这种情况下，测量区域沿轴向方向同中心地设置。在这种情况下，测量的三个测量区域彼此之间的切向距离为120°。对于样品的三个测量区域中的每一个，沿轴向方向和切向方向对其进行梯度分析，并且通过在特定测量区域上的积分对所获得的梯度进行平均。比较例通过现有技术已知的方法用可移动的外成形辊生产，示例性实施例通过根据本发明的方法生产。
所有样品均用成形辊生产，成形辊的接触表面的平均粗糙度Ra为1.6μm。仅通过转动即可实现最精细的加工阶段。
从表1清楚可见，在示例性实施例和比较例中，平均梯度的值都随着卷边的半径的减小而增加。
与两个比较例相比，示例性实施例在这种情况下相对于平均梯度值具有各向异性。因此，平均梯度值沿切向方向比沿轴向方向低得多。因此，示例性实施例中平均切向梯度值与平均轴向梯度值的比率也比比较例中低得多。

Claims (28)

1.一种用于生产玻璃工件的设备，包括至少：
-用于加热玻璃直至其软化的装置，
-用于成型所述工件的内侧表面的内成型工具，
-至少一个用于成型所述工件的外侧表面的外成型工具，所述外成型工具包括具有成形表面的成形辊、用于容纳所述成形辊的装置，和
-用于将润滑油施加到所述成形辊的成形表面的装置，其具有用于分配润滑油的出口，
其中，
所述成形辊以可自由旋转的方式安装在容纳装置中，并且在成形过程中能够通过可锁定的锁定装置固定，其中所述成形辊以可释放的连接锁定，使得所述成形辊能够在各个成形过程之间在所述锁定装置中释放并旋转角度α。
2.根据前述权利要求所述的设备，其中，所述设备配置为成型管状工件。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述成形辊在垂直于其旋转轴线的中心平面中具有圆形横截面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述成形辊在垂直于其旋转轴线的中心平面中具有多边形横截面，所述成形辊具有多个成形表面，和/或所述成形表面的边缘以平的、凸的或凹的方式形成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，在每个循环中，将润滑油施加到所述成形辊的成形表面的一部分，和/或用于施加润滑油的装置位于所述设备中，使得用于施加润滑油的装置的出口和所述成型工具围绕所述工件的旋转轴线以至少45°的角距布置；其中，优选地，所述润滑油通过滴油润滑器施加，优选地通过具有自动定期分配功能的滴油润滑器施加，和/或每次施加分配的油的量在0.01至0.1g的范围内，特别优选地在0.03至0.05g的范围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备具有冷却元件，所述冷却元件直接或间接地连接到用于容纳所述成形辊的装置，并且所述成形辊与冷却元件热接触，其中所述冷却元件优选地具有用于内部冷却的部件，使得工艺中产生的热量能够发散。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述成形辊具有空气冷却单元。
8.一种用于成型玻璃的方法，包括至少以下方法步骤a)至c)：
a)提供并加热玻璃工件直至玻璃软化，
b)在成型步骤中用成型工具、特别是根据前述权利要求中任一项所述的用于成型玻璃的设备来成型所述工件，其中
-所述工件位于内成型工具上并绕其中心点旋转，其中
-所述工件的外侧表面由至少一个外成型工具成型，其中所述外成型工具具有至少一个成形辊，所述成形辊具有至少一个成形表面，并且所述成形辊通过可释放的锁定装置固定到容纳装置，使得在成型操作期间，所述成形表面和所述工件之间进行相对运动，
-至少是在成型操作期间与所述工件接触的成形表面的部分被作为润滑剂的油覆盖，
c)释放所述锁定装置，将所述成形辊旋转角度α并再次固定所述成形辊，使得当重复步骤a)和b)时，所述成形辊的成形表面的不同部分与所述工件接触，
其中在方法步骤a)至c)之一期间，在施加油时，将油施加到不与所述工件接触的成形表面的部分上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤a)中提供管状工件。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中借助于成形辊成型所述工件的外侧表面，所述成形辊在垂直于其旋转轴线的中心平面中具有圆形或多边形横截面，优选地在垂直于其旋转轴线的中心平面中具有圆形横截面。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，在每个循环中，优选地用滴油润滑器并且特别优选地用具有自动定期分配功能的滴油润滑器，将润滑油施加到所述成形辊的成形表面的一部分。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，在每次油分配操作中，施加0.01至0.1g、优选地0.03至0.05g的油。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中，在成形过程期间借助于热传导从所述成形辊发散热量。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中，在成型过程中，用冷却介质、优选地用冷却液、特别优选用水冲洗所述外成型工具。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的方法，其中，在成型过程中与所述工件接触的成形表面的部分由气流、优选地由空气流冷却。
16.根据权利要求8至15中任一项所述的方法，其中，所述成形辊的成形表面在成型过程中呈现出至多250℃、优选地至多180℃、特别优选地至多100℃的温度。
17.根据权利要求8至16中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，将所述成形辊旋转的角度α在1°至60°的范围内，优选地在3°至10°的范围内。
18.根据权利要求8至17中任一项所述的方法，其中，在步骤c)之后，进行用于清洁所述成形辊的步骤d)，其中清洁步骤d)最早在步骤a)至c)重复10000次之后、优选地最早在步骤a)至c)重复20000次之后、特别优选地最早在步骤a)至c)重复40000次之后和/或最早在运行时间至少4小时、优选地至少8小时、特别优选地至少24小时之后发生。
19.根据权利要求8至17中任一项所述的方法，其中，在步骤c)之后，进行用于清洁所述成形辊的步骤e)，其中清洁所述成形辊的成形表面的一部分，优选地，清洁所述成形辊的成形表面的在前一步骤b)中与所述工件接触的部分，其中步骤e)在用新工件重复步骤a)至c)期间发生。
20.根据权利要求11和19中任一项所述的方法，其中在步骤e)和a)之间施加所述润滑油。
21.通过根据权利要求8至20中任一项所述的方法生产或可生产的中空玻璃制品，其中，所述玻璃制品是容器或具有颈部或肩部区域和壁的容器的一部分，其中所述玻璃制品包括所述容器的壁和颈部或肩部区域，其中所述壁具有圆形或椭圆形横截面，并且所述容器在所述中空玻璃制品的外玻璃表面上具有特征表面区域，其中下列条件应用于所述特征表面区域中的平均切向梯度值与平均轴向梯度值之间的比率：
平均切向梯度值/平均轴向梯度值<0.6。
22.根据权利要求21所述的中空玻璃制品，其中，下列条件应用于所述特征表面区域中的平均切向梯度值与平均轴向梯度值之间的比率：
平均切向梯度值/平均轴向梯度值<0.45。
23.根据权利要求21和22中任一项所述的中空玻璃制品，其中，所述特征表面区域中的高度轮廓呈现出各向异性。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的中空玻璃制品，其中，所述特征区域具有增加的平均粗糙度Rz轴向的部分，所述平均粗糙度Rz轴向平行于所述玻璃制品的纵向轴线测量，并且具有增加的平均粗糙度Rz轴向的部分在所述特征区域的整个区域上延伸；其中，优选地，具有增加的平均粗糙度Rz轴向的至少一个部分具有周向的凹槽或凹痕。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的中空玻璃制品，其中，所述玻璃制品是瓶子、小瓶、安瓿瓶的部分，并且所述特征区域由卷边的外表面形成，或者所述玻璃制品是注射器，并且所述特征区域由圆锥体的外表面形成。
26.根据权利要求21至25中任一项所述的中空玻璃制品，其中，所述玻璃制品是初级药物包装的部分，优选地是药物小瓶的部分。
27.根据权利要求21至26中任一项所述的中空玻璃制品，其中，所述玻璃制品是硼硅酸盐玻璃。
28.根据权利要求21至27中任一项所述的中空玻璃制品，其中，所述玻璃制品通过热成型玻璃管和/或沿其高度具有恒定壁厚的管状部分来生产，其中所述壁厚的标准偏差小于0.05mm；其中，优选地，所述特征表面区域位于所述管状部分的外侧并且位于所述玻璃制品的端部区域中，其中，所述玻璃制品在特征表面区域中的直径小于在所述管状部分中的直径。
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