DE10040675C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausformen des Bodens eines Glasgefäßes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausformen des Bodens eines Glasgefäßes. DOLLAR A Gemäß der Erfindung weist dieses Verfahren die folgenden Verfahrensschritte auf: DOLLAR A - der Boden wird im warmverformbaren Zustand dem Formdruck eines Stempels frei ausgesetzt; DOLLAR A - zwischen der Formfläche des Stempels und dem Boden des Glasgefäßes wird vor dem Andrücken und/oder während des Andrückens ein Gaspolster eingebracht.

Description

Die Erfindung betrifft Glasgefäße, insbesondere für pharmazeutische Anwendungen, zum Beispiel Reagenzgläser, Erlenmeyerkolben, Fläschchen für Pharmazeutika und so weiter.

Glasgefäße, insbesondere für pharmazeutische Anwendungen, werden häufig aus Rohren aus Spezialglas hergestellt. In entsprechenden Maschinen wird üblicherweise zuerst der Mündungsbereich des Gefäßes geformt. Anschließend wird das entstehende Fläschchen entsprechend seiner Länge vom Glasrohr abgetrennt und am Ende zugeschmolzen. Danach wird der Bodenbereich bis auf eine Temperatur, bei der das Glas leicht verformbar ist, erhitzt. Anschließend wird üblicherweise mit einem Stempel, der auf den weichen Boden drückt, die Bodenkontur eingestellt, wie zum Beispiel in DE 12 61 638 B gezeigt. Aufgabe des Stempels ist es sicherzustellen, daß die Fläschchen hinsichtlich ihrer Höhe und der Vertiefung in der Mitte des Bodens innerhalb der geforderten Maßtoleranzen liegen. Gleichzeitig stellt der Stempel sicher, daß das Fläschchen auf einer ebenen Unterlage einen sicheren Stand hat.

Als Stempelmaterialien kommen verschiedenste Materialien zum Einsatz, die den herrschenden Temperaturen standhalten und ausreichend abriebfest sind, zum Beispiel verschiedene Keramikmaterialien wie zum Beispiel keramisch gebundenes SiC. Graphit wird üblicherweise nicht eingesetzt, da sich der weiche Graphit zu schnell durch die ständige Reibungsbelastung abnutzt und so keine konstante Geometrie über längere Zeiten erhalten werden kann.

Da die Kontaktfläche des Stempels während der Formgebung in direktem Kontakt mit dem rotierenden weichen Boden des Fläschchens steht, bilden sich bereits kleinste Unebenheiten im Stempel als Riefen im Fläschchenboden aus. Zudem verschleißt die Kontaktfläche des Stempels während des Einsatzes aufgrund der ständigen Reibbeanspruchung. Die entstehenden Riefen können die mechanische Festigkeit des Fläschchens beeinträchtigen und stören das Erscheinungsbild, so daß der Stempel ab einem bestimmten Verschleiß ausgetauscht werden muß. Neben den ästhetischen Aspekten machen die Riefen im Fläschchenboden eine automatische optische Inspektion der anschließend beim Pharmazeuten befüllten Gefäße unmöglich, da die Rillen und Unebenheiten im Fläschchenboden fälschlicherweise als Verunreinigungen im Inhalt interpretiert werden. Dadurch würden eine Vielzahl von Behältnissen fälschlicherweise aussortiert und verworfen.

Ein alternatives Verfahren zur Bodenformung, wie zum Beispiel in DE 11 27 042 B beschrieben, bei der die geschilderten Nachteile vermieden werden, besteht in der freien Bodenformung. Dabei wird der Fläschchenboden ohne Aufdrücken eines Stempels geformt. Hier wird das im Mündungsbereich fertig geformte Fläschchen vom restlichen Rohr entsprechend seiner geforderten Höhe abgetrennt und zugeschmolzen. Durch genaue Einstellung der Brenner kann ein Boden an das Fläschchen angeformt werden, ohne daß der Boden dabei in Kontakt mit einem Formgebungsmaterial kommt. Der Boden besitzt dann eine feuerpolierte Oberfläche und ist klar durchsichtig.

Fläschchen, die durch freie Bodenformung mittels Brennern hergestellt werden, weisen größere Maßtoleranzen auf, als Fläschchen, deren Boden mittels eines Bodenstempels ausgeformt wird. So schwankt bei der freien Bodenformung die Höhe der Fläschchen relativ stark. Ferner ist der Boden nicht derart geformt, daß er eine Standfestigkeit des Fläschchens oder Gefäßes gewährleistet. Schwankungen und Unregelmäßigkeiten, die vom Abtrenn- und Erwärmungsprozeß herrühren, werden nicht korrigiert, so wie dies bei Anwendung eines Stempels ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, womit sich der Boden eines Glasgefäßes kostengünstig, leicht und schnell derart formen läßt, daß die Vorteile der Bodenformung mit Stempel einerseits und der freien Bodenformung mit Brennern miteinander kombiniert werden. Es sollen somit Böden mit engen Maßtoleranzen erzeugbar sein, gleichzeitig aber mit einer klaren Durchsichtigkeit, die eine optische Inspektion des späteren Inhalts auch auf automatische Weise erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Gemäß der Erfindung wird somit zwar ein Stempel als Matrix für die Bodenformung verwendet, jedoch wird durch das Gaspolster ein Kontakt zwischen der Formfläche des Stempels und dem Boden des Gefäßes vermieden.

Mangels direkten Kontaktes zwischen dem heißen Glas und dem Stempel wird eine Verletzung der Glasoberfläche ausgeschlossen, und damit das Entstehen von Schäden, Riefen oder Unebenheiten. Gleichzeitig wird ein Verschleiß des Stempels vermieden. Die Oberfläche des Gefäßbodens gleicht der einer feuerpolierten Oberfläche und ist von klarer Durchsicht.

Bei der praktischen Verwirklichung der Erfindung wird der genannte Glasstempel im allgemeinen Bestandteil einer Vorrichtung sein.

Vorzugsweise besteht die dem zu verformenden Glasboden zugewandte Seite der Vorrichtung aus einem porösen Material mit geringer Porengröße, durch das das gasförmige Medium strömen kann und so gleichmäßig über die gesamte zu verformende Fläche zugeführt werden kann.

Der Bodenformungsprozeß läuft dann beispielsweise in folgenden Schritten ab:

• 1. Der Bodenbereich des Fläschchens wird in einem oder mehreren vorgeschalteten Schritten auf eine Temperatur gebracht, bei der eine Verformung leicht möglich ist. Die Viskosität des Glases im Bodenbereich des Behältnisses beträgt dann zwischen 10¹⁰ dPas und 10³ dPas.
• 2. Von der der Mündung des Fläschchens entgegengesetzten Seite wird die erfindungsgemäße Vorrichtung an den erweichten Boden heran bewegt.
• 3. An den Stellen, an denen der Abstand zwischen dem weichen Boden und der Vorrichtung kleiner als ca. 100 µm wird, wird das weiche Glas durch den Gasfilm verdrängt.
• 4. Bei fortschreitender Annäherung der Vorrichtung an den Boden schmiegt sich ein immer größerer Teil des Bodens an die mit dem Gasfilm überzogene Formgebungsfläche der Vorrichtung, wobei der Gasfilm einen direkten Kontakt verhindert.
• 5. In einer von der gewünschten Geometrie abhängigen Endposition werden Fläschchen und Vorrichtung ausreichend lange gehalten, bis der Boden so weit abgekühlt ist, daß er sich bei der weiteren Verarbeitung nicht mehr verformt.
• 6. Anschließend wird das geformte Behältnis aus der Bodenformstation entfernt.

Vorzugsweise rotiert das Behältnis während des gesamten Prozesses, der Boden des kopfstehenden Fläschchens befindet sich oben und die Vorrichtung wird von oben herangeführt. Andere Anordnungen sind jedoch ebenfalls denkbar.

Durch die in den Schritten 3 und 4 beschriebenen Vorgänge können Prozeßschwankungen, die zum Verlassen der zulässigen Maßtoleranzen führen würden, wie zum Beispiel geringfügige Überlänge der Behältnisse beim Abtrennen vom Rohr, ausgeglichen werden. Bei einer freien Bodenformung würden die Prozeßschwankungen zur Nichteinhaltung der geforderten Toleranzen führen, da der korrigierende Einfluß der Bodenformvorrichtung fehlt.

Die Formgebungsfläche der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann aus nahezu jedem beliebigen Material hergestellt sein, welches mit einer ausreichenden Gasdurchlässigkeit erhältlich ist. Bevorzugt wird poröser Graphit eingesetzt, besonders bevorzugt mit Porengrößen < 50 µm, da Graphit aufgrund seiner sehr geringen Haftneigung und einem sehr geringen Gleitreibungskoeffizienten selbst bei ungewollten Kontakten zwischen der Formgebungsfläche und dem Glasboden nur zu einer minimalen Schädigung des Fläschenbodens führt, nicht aber zu einer Zerstörung der Vorrichtung. Die niedrige Progengröße ermöglicht es, die Formgebungsfläche mit einer hohen Oberflächenqualität herzustellen.

Alternativ können poröse Keramiken wie beispielsweise SiC, Al₂O₃, Mullit oder poröse Metalle, beispielsweise CrNi-Stähle, Bronzen oder Ni- Basislegierungen sowie mit Schutz-, Antihaft- oder Gleitschichten überzogene Keramiken oder Metalle verwendet werden. Diese kommen zum Einsatz, wenn höhere Einsatztemperaturen als 600°C und/oder höhere mechanische Festigkeiten gefordert werden. Wichtig ist die Gasdurchlässigkeit bei ausreichend feiner Porosität, bevorzugt < 50 µm, besonders bevorzugt < 20 µm Porendurchmesser. Gröbere Poren würden dazu führen, daß der Gasfilm lokal durchbrochen werden könnte, wodurch lokal Kontakt zwischen dem Glas und der Formgebungsfläche entsteht und es zu einer Beschädigung des zu formenden Bodens und eventuell auch der Vorrichtung kommen kann.

Das eingesetzte Gas wird aus Kostengründen üblicherweise Druckluft sein. Dieses steht zu vertretbaren Kosten zur Verfügung. Zudem treten keine unerwünschten Veränderungen der Oberfläche des Glases auf. Wenn jedoch bewußt Reaktionen zwischen dem Gas und der Glasoberfläche hervorgerufen werden sollen, können auch reaktive Gase eingesetzt werden. Beispielsweise ist der Einsatz von SO₂ möglich, wenn auf der Oberfläche ein Belag aus NaSO₄ erzeugt werden soll, der anschließend ein Verkratzen der Fläschchenböden beim anschließenden Transport verhindert. Darüber hinaus können inerte Gase wie Stickstoff oder Argon eingesetzt werden, wenn höhere Temperaturen an der Formgebungsfläche erwünscht sind. Die Schutzgase verhindern dann die frühzeitige Oxidation und Zerstörung der Formgebungsoberfläche.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind auf die Formgebungsfläche rillenförmige Vertiefungen eingearbeitet. Diese können radial über die Formgebungsfläche verlaufen oder eine oder mehrere Spiralen bilden. Die genaue Ausführung der Vertiefungen bezüglich Anzahl und Form hängt vom jeweiligen Einsatzzweck ab. Diese Vertiefungen bewirken, daß das aus der Stirnfläche austretende Gas zwar lokal zur Ausbildung des Gasfilms zur Verfügung steht und einen Kontakt zwischen Glas und Formgebungsfläche verhindert, dann aber kontrolliert in den Vertiefungen abgeführt werden kann. Ohne diese Vertiefungen kann es insbesondere bei größeren Bodendurchmessern zu einem Luftstau zwischen der Formgebungsfläche und dem weichen Glasboden kommen, wodurch eine unkontrollierte Verformung des Bodens der Behältnisse hervorgerufen wird.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Axialschnitt.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer solchen Vorrichtung, wiederum in einem Axialschnitt.

Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Formteile von erfindungsgemäßen Vorrichtungen.

Fig. 6 bis 9 zeigen Draufsichten auf Formflächen von erfindungsgemäßen Vorrichtungen - gegenüber den Darstellungen gemäß der Fig. 3 bis 5 verkleinert.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt ein druckdichtes Gehäuse 1 mit einem Gasanschluß 2 sowie mit einem Formkörper 3. Der Formkörper 3 umfaßt einen Boden 3.1 sowie eine zylinderartige Wandung 3.2, die durch das druckdichte Gehäuse auf der Zylinderfläche abgedichtet wird. Der Formboden 3.1 weist eine Formfläche 3.1.1 auf.

Der Formkörper 3 ist in diesem Falle austauschbar in das Gehäuse 1 eingesetzt. Er kann somit gegen Formkörper mit anders gestalteten Formflächen ausgetauscht werden. Ein solches Beispiel für eine andere Gestaltung des Formkörpers 3 ist aus Fig. 2 ersichtlich.

Das Material des Formkörpers 3 weist eine Vielzahl von offenen Poren auf. Wird durch den Gasanschluß 2 Gas unter Druck in die Vorrichtung eingeleitet, so tritt das Gas durch die offenen Poren an der Formfläche 3.1.1 aus.

Im Betrieb werden eine Vorrichtung der beschriebenen Art und ein Glasgefäß mit einem auszuformenden Boden derart zusammengebracht, daß diese beiden mit ihren Längsachsen miteinander fluchten. Ein Glasgefäß ist im vorliegenden Falle nicht dargestellt.

Die Vorrichtung und das Glasgefäß werden in der Richtung ihrer Achsen einander angenähert. Sodann wird durch den Gasanschluß 2 unter Druck stehendes Gas in die Vorrichtung eingeleitet. Es tritt aus der Formfläche 3.1.1 aus und bildet ein Gaspolster, das zwischen der Formfläche 3.1.1 und dem auszuformenden Boden verbleibt und auf den auszuformenden Boden im Sinne des Ausformens einwirkt.

Wenn auch somit keine unmittelbare Berührung zwischen der Formfläche 3.1.1 einerseits und dem auszuformenden Boden des Glasgefäßes besteht, kann die gezeigte Vorrichtung gleichwohl als Stempel bezeichnet werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 umfaßt der Formkörper lediglich eine in Draufsicht kreisförmige Platte 3, die im wesentlichen dem Formboden 3.1 von Fig. 1 entspricht.

Im übrigen ist der Arbeitsvorgang der Vorrichtung gemäß Fig. 2 der gleiche wie derjenige gemäß der Vorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Formkörper 3 analog jenem gemäß Fig. 2, jedoch in vergrößertem Maßstab. Man erkennt deutlich die Kegelform mit einer Spitze 3.1.2 im Zentrum.

Der Formkörper 3 gemäß Fig. 4 zeigt statt einer Spitze eine Abflachung 3.1.3 im Zentrum.

Die Formfläche 3.1.1 des Formkörpers 3 gemäß Fig. 5 hat die Gestalt einer Kugelkalotte.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen beispielhaft einige Möglichkeiten von Vertiefungen oder Aussparungen 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4. Die Vertiefungen können rillenförmig sein. Sie können radial über die Formgebungsfläche verlaufen. Sie können eine oder mehrere Spiralen umfassen. Die genaue Ausführung der Vertiefungen beziehungsweise deren Anzahl und Form hängt vom jeweiligen Einsatzzweck ab. Die Vertiefungen bewirken, daß das aus der Stirnfläche austretende Gas zwar lokal zur Ausbildung des Gasfilms zur Verfügung steht und einen Kontakt zwischen Glas und Formgebungsfläche verhindert, dann aber kontrolliert in den Vertiefungen abgeführt werden kann.

Ohne Vertiefungen kann es insbesondere bei größeren Bodendurchmessern zu einem Luftstau zwischen der Formgebungsfläche und dem weichen Glasboden kommen, wodurch eine unkontrollierte Verformung des Bodens des betreffenden Behälters hervorgerufen werden kann.

Claims (9)

1. Verfahren zum Ausformen des Bodens eines Glasgefäßes mit den folgenden Verfahrensschritten:

• 1. 1.1 der Boden wird im warmverformbaren Zustand dem Formdruck eines Stempels frei ausgesetzt;
• 2. 1.2 zwischen der Formfläche (3.1.1) des Stempels (3) und dem Boden des Glasgefäßes wird während des Andrückens ein Gaspolster eingebracht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenbereich des Glasgefäßes in einem oder mehreren Schritten auf eine Temperatur gebracht wird, die eine Verformung ermöglicht.

3. Vorrichtung zum Ausformen des Bodens eines Glasgefäßes;

• 1. 3.1 mit einem Stempel (3), der auf den Boden des Glasgefäßes bei dessen warmverformbaren Zustand einen Formdruck aufbringt;
• 2. 3.2 es ist eine Einrichtung zum Ausbilden eines Gaspolsters zwischen der Formfläche (3.1.1) des Stempels (3) und dem Boden des Glasgefäßes vorgesehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (3) beziehungsweise dessen Formboden (3.1) aus porösem Material besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formfläche (3.1.1) als Kegel ausgeführt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formfläche (3.1.1) als Kegelstumpf ausgeführt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formfläche (3.1.1) als Kugelkalotte ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Formfläche (3.1.1) mit Vertiefungen und/oder Erhöhungen ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen oder Vertiefungen rillenförmig, radial oder spiralig angeordnet und ausgebildet sind.