DE102005049484B4

DE102005049484B4 - Vorrichtung und Verfahren zum gleichzeitigen Mehrfachportionieren von Glasschmelzen

Info

Publication number: DE102005049484B4
Application number: DE200510049484
Authority: DE
Inventors: Polina Dr. Ebeling; Doris Dr. Moseler; Martin Schäfer; Matthias Redey; Ralf Dr. Bonitz
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: WO2007042320A1; CN101316796A; DE102005049484A1; JP2009511406A

Abstract

Vorrichtung zum gleichzeitigen Mehrfachportionieren von Glasportionen aus Glasschmelzen, umfassend eine Ventileinrichtung mit einem Ventil zur Unterbrechung eines Glasschmelzestroms und eine dem Ventil zur Unterbrechung eines Glasschmelzestroms nachgeschaltete Düse mit mehreren Austrittsöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen entlang eines Kreises in gleichem radialen Abstand zu einem Zulauf zur Düse angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Portionierung von Glasschmelzen, insbesondere für das Blankpressen optischer Komponenten.
Abbildungsoptiken werden eingesetzt zur Verkleinerung oder Vergrößerung, z. B. in Objektiven von Kameras, Projektionssystemen, Mikroskopen, Fernrohren, usw. An die Qualität der vergrößerten oder verkleinerten Abbildung werden immer höhere Ansprüche gestellt. Zugleich sollen die Produkte für den Massenmarkt immer kostengünstiger herstellbar sein.
Zwar kann die Qualität der Abbildung durch spezielle Bildverarbeitungssoftware oft wieder um ein Mehrfaches verbessert werden, allerdings erfordern diese Systeme eine hohe Speichergröße und zusätzlichen Energieaufwand. Dementsprechend werden auch bei Massenprodukten hohe Maßstäbe an die Abbildungseigenschaften optischer Module gesetzt. Diese Maßstäbe können bisher zum Teil nur durch spezielle optische Filter gewährleistet werden.
Unter diesen Bedingungen sind auch für den Massenmarkt eine hohe Konturtreue relativ zur berechneten Kontur, die Möglichkeit zur wirtschaftlichen Erzeugung gewünschter asphärischer Konturen und die Möglichkeit der Verarbeitung einer möglichst breiten Palette verschiedener Gläser, insbesondere hinsichtlich deren Brechungsindex und Teildispersion wünschenswert. Zusätzliche Anforderungen an die Herstellungsverfahren von solchen Abbildungsoptiken sind niedrige Stückpreise und Losmengen über 10000 Stück für Massenartikel, wie Kameras in Mobiltelefonen, Photo-Videokameras, Home-Projektionssysteme, usw.
Herkömmliche Methoden zur Herstellung von Abbildungsoptiken sind:

1. Nachbearbeitung von Glasrohlingen im erkalteten, beziehungsweise erstarrten Zustand, wie Vereinzeln, Schleifen und Polieren;
2. Wiedererwärmen von Glaspreformen in Pressformen und anschließendem Blankpressen, wie es beispielsweise in den US-Patenten 4.969.944 A und 4.734.118 A beschrieben ist;
3. Wiedererwärmen von Glaspreformen oder Glasgobsen außerhalb von Pressformen und anschließendem Blankpressen in vorgewärmten Pressformen, wie beispielsweise in den US-Patenten 5.873.921 A ; 6.009.725 A ; 4.854.958 A beschrieben;
4. direkt aus der Glasschmelze durch die Heißformgebung, wie etwa in US-Patent Nr. 5.762.673 A beschrieben.

Alle diese Verfahren, insbesondere die Fabrikation durch wiedererwärmte Glasgobse verlangen eine möglichst genaue Portionierung der Glasschmelze. Gibt es Schwankungen bei der Portionierung, schlägt sich dies unmittelbar in den optischen Eigenschaften der blankgepressten Komponenten nieder. Derartige Abweichungen führen sehr schnell zu Ausschuß oder zumindest zu Produkten mit minderwertigen optischen Eigenschaften.
Ebenfalls nachteilig ist dabei, wenn die Glasportionen durch Abschnüren oder Abscheren hergestellt werden. Die Berührung mit dem dazu verwendeten Werkzeug führt im allgemeinen unweigerlich zu später am fertigen Produkt feststellbaren Spuren und einer damit verbundenen Beeinträchtigung der Produkteigenschaften.
Um mehrere Glasportionen gleichzeitig zu portionieren und dies zu vermeiden, ist aus der JP 06-206730 bekannt, Glasgobs durch Abtropfen von einer Düse aufgrund des Eigengewichts der Glastropfen herzustellen. Hierbei ergibt sich allerdings das Problem, daß das Gewicht der Glastropfen nicht frei wählbar ist, da der Zeitpunkt des Abtropfens durch die Düsengröße und die Viskosität bestimmt wird. Da die Viskosität optischer Gläser oft sehr niedrig ist oder sehr niedrig gehalten werden muß, um Kristallisation zu vermeiden, erlaubt dieses Verfahren auch nur die Herstellung kleiner Glasgobs.
Aus der US 4,305,747 A ist eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Portionieren von Glasgobs bekannt, bei welcher die Gobs aus hintereinander angeordneten Öffnungen auf eine lineare Transporteinrichtung gegeben werden.
Eine Mehrfachdüse, hier allerdings für das Ziehen von Glasfilamenten offenbart auch die US 4,664,688 A .
Die US 5,665,138 A beschreibt einen Ausflussbehälter zur Erzeugung mehrerer kontnuierlicher Glasströme, bei welchem das Glas durch eine Düsenplatte mit mehreren Öffnungen austritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Portionieren von Glasschmelzen hinsichtlich der oben genannten Probleme zu verbessern, insbesondere eine genauere Portionierung zu erreichen.
Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Dementsprechend sieht die Erfindung eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Mehrfachportionieren von Glasportionen aus Glasschmelzen vor, umfassend eine Ventileinrichtung mit einem Ventil zur Unterbrechung eines Glasschmelzestroms und eine dem Ventil zur Unterbrechung eines Glasschmelzestroms nachgeschaltete Düse mit mehreren Austrittsöffnungen.
Mittels einer derartigen Vorrichtung ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum gleichzeitigen Mehrfachportionieren von Glasportionen aus Glasschmelzen durchführbar, bei welchem ein Glasschmelzenstrom durch eine Düse mit mehreren Austrittsöffnungen austritt und die aus den Austrittsöffnungen ausströmenden Teilströme durch die Unterbrechung des Glasschmelzenstroms mittels getaktetem öffnen und Schließen eines der Düse vorgeschalteten Ventils unterbrochen werden und diskrete Glasportionen von den Austrittsöffnungen abtropfen.
Die Erfindung bietet damit gegenüber der JP 06-206730 A den Vorteil, daß die Gewichte der Glasportionen flexibler einstellbar sind, da deren Gewicht nicht mehr alleine durch die Abmessungen der Austrittsöffnung und die Viskosität der Glasschmelze bestimmt werden. Da außerdem der Zeitpunkt des freien Abtropfens einer Glasportion von einer Austrittsöffnung sehr stark von der Geometrie der Austrittsöffnung und der Viskosität der Schmelze beeinflußt werden, äußern sich bereits geringe mechanische Ungenauigkeiten an der Austrittsöffnung oder unterschiedliche Temperaturen an den Austrittsöffnungen in merklichen Gewichtsabweichungen. Demgegenüber wird das Abtropfen durch die Ventileinrichtung erfindungsgemäß zwangsgesteuert, wodurch sich noch geringere Gewichtstoleranzen der portionierten Glasposten erreichen lassen. Gleichzeitig werden auch Defekte, wie sie beim Abschnüren oder Abscheren von Glassträngen auftreten, vermieden.
Um möglichst gleiche Bedingungen an den Austrittsöffnungen zu schaffen und damit die Genauigkeit bei der Portionierung weiter zu verbessern, sind verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung möglich. Eine Maßnahme ist, die Austrittsöffnungen, insbesondere alle Austrittsöffnungen auf gleicher Höhe anzuordnen. Treten die Teilströme aus in gleicher Höhe angeordneten Austrittsöffnungen aus, so ist auch an allen Austrittsöffnungen der gleiche hydrostatische Druck vorhanden, so daß die Ausflußgeschwindigkeit der Glasschmelze durch die Düsen angeglichen wird. Es ist aus diesem Grund auch von Vorteil, wenn die Austrittsöffnungen gleichartig, insbesondere gleich groß sind.
Auch ist eine möglichst symmetrische Anordnung der Düsen vorteilhaft zur Schaffung gleicher Bedingungen. Erfindungsgemäß sind dazu die Austrittsöffnungen, insbesondere alle Austrittsöffnungen in der Düse entlang eines Kreises angeordnet. Dabei ist es weiterhin vorgesehen, daß die Austrittsöffnungen in gleichem radialen Abstand zu einem Zulauf zur Düse angeordnet sind. Die Austrittsöffnungen sollten vorteilhaft entlang des Kreises auch gleich beabstandet sein. Auf diese Weise, insbesondere in Kombination mit einer Anordnung entlang eines Kreises wird hinsichtlich der Strömungspfade ein symmetrischer Aufbau erreicht. Insbesondere kann dazu der Innenraum der Düse und die Anordnung der Austrittsöffnungen axialsymmetrisch zu einer vertikal und mittig durch die Eintrittsöffnung oder zu einem Zulauf der Düse laufenden Symmetrieachse ausgestaltet sein.
Noch eine weitere Maßnahme zur Erreichung möglichst gleicher Bedingungen an den einzelnen Austrittsöffnungen ist, Kanäle zu den Austrittsöffnungen zu entgraten und polieren. Damit werden auch Defekte, welche beispielsweise an Graten oder Riefen in den Kanälen entstehen können, vermieden.
Auch eine Regelung des hydrostatischen Drucks der Glasschmelze an den Austrittsöffnungen ist vorteilhaft, um stets die gleichen Bedingungen während des getakteten Speisens aufrechtzuerhalten. Eine Regelung ist beispielsweise über eine Niveauregulierung eines Schmelzenreservoirs möglich, aus welchem die Schmelze über die Ventileinrichtung der Düse zugeführt wird. Dies ist in einfacher Weise besonders vorteilhaft mittels eines vorgeschalteten kontinuierlichen Schmelzverfahrens möglich.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der Durchfluß der Austrittsöffnungen mittels einer Messung des Durchflusses einer Ersatzflüssigkeit kalibriert wird. Dies kann bereits bei der Fertigung und/oder nach Einbau der Düse in die Vorrichtung erfolgen. Eine geeignete Ersatzflüssigkeit ist beispielsweise Wasser, insbesondere dann, wenn sehr niedrigviskose Schmelzen portioniert werden sollen.
Um das Abtropfen zu erleichtern, hat es sich weiterhin als günstig erwiesen, wenn die Düse eine Bodenplatte mit daraus nach unten herausragenden Austrittsöffnungen umfaßt. Durch die herausragenden Austrittsöffnungen werden Abriss- oder Abtropfkanten geschaffen, an welchen die Glasportionen leichter abtropfen können.
In bevorzugter Ausgestaltung umfaßt die Düse vorzugsweise aus einer Ebene herausragende Rohre mit den Austrittsöffnungen, wobei die Rohre ein Verhältnis von Innendurchmesser zu Rohrlänge von mindestens 0,3, bevorzugt. mindestens 0,4 aufweisen. Durch die kurzen Rohre werden einerseits Abtropfkanten geschaffen, andererseits werden die Temperaturunterschiede an den sehr kurzen Rohren geringer
Die Austrittsöffnungen weisen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung einen Innendurchmesser von zumindest 0,5 Millimetern, bevorzugt einen Innendurchmesser im Bereich von 1 bis 12 Millimetern auf. Mit derartigen Durchmessern lassen sich insbesondere Glasportionen zur Herstellung optischer Bauteile für den Massenmarkt mit hohem Durchsatz herstellen. Allgemein lassen sich mit der Erfindung Glasportionen mit einem Gewicht im Bereich von 0,1 g bis 150 g mit den genannten Vorteilen portionieren.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiterhin leicht zur Portionierung von Glasgobs unterschiedlicher Gewichte umgerüstet werden, wenn die Düse je nach Bedarf mit kleineren oder größeren Öffnungen eingesetzt wird.
Besonders bevorzugt umfaßt weiterhin die Düse ein aus einem Stück gefrästes Bodenelement mit den Austrittsöffnungen. Durch Fräsen aus einem Stück, etwa im Unterschied zu geschmiedeten Bodenelementen mit angeschweißten Austrittsrohren können hochgenaue Bodenelemente hergestellt werden. Vorzugsweise werden weiterhin Edelmetalle, insbesondere Edelmetall-Legierungen als Material für die Düse eingesetzt. Insbesondere können die Austrittsöffnungen in einem Platin-Legierungs-Bodenelement eingefügt sein. Edelmetall-Legierungen sind besonders temperaturbeständig, auch kann gleichzeitig der Eintrag färbender Edelmetall- Ionen (z. B. Pt, Rh, Au usw.) aufgrund des mit der Erfindung erreichbaren hohen Durchsatzes minimiert werden. Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Temperatur in der Düse und an den Austrittsöffnungen möglichst fein und kontrollierbar einzustellen ist, beispielsweise um Kristallisationen zu vermeiden. Auch hierzu sind mehrere auch kumulativ einsetzbare Maßnahmen möglich. Eine erste Maßnahme ist eine induktive Beheizung für die Düse. Auch kann die Düse strahlungsbeheizt werden. Schließlich können auch die Wärmeverluste minimiert werden. Dazu kann beispielsweise ein Reflektor zur Rückreflexion von Wärmestrahlung auf die Düse vorgesehen werden.
Diese Beheizungs- oder Reflexionsvorrichtungen können auch bewegbar ausgebildet sein. Damit kann beispielsweise die induktive Beheizung und/oder Strahlungsheizung und/oder der Reflektor während des Einspeisens weggefahren werden, so diese Einrichtungen einer Unterlage zur Aufnahme der Glasportionen nicht im Wege sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Ventileinrichtung umfaßt weiterhin einen Nadelspeiser. Mit einem derartigen Nadelspeiser kann eine hochgenaue Portionierung durch getaktetes Unterbrechen des Glasschmelzenstroms erreicht werden. Bei einem solchen Nadelspeiser wird eine Nadel zur Unterbrechung des Glasschmelzenstroms in einen Sitz eingesenkt.
Um die Genauigkeit der Portionierung durch eine genaue Positionierung der Speisernadel zu verbessern, kann dazu in vorteilhafter Weiterbildung eine Kraftmeßeinrichtung vorgesehen sein, welche die auf die Spitze der Speisernadel wirkende Kraft erfaßt. Insbesondere kann mit der Kraftmeßeinrichtung zumindest während eines Teils der Positionierung der Speisernadel, insbesondere von deren Spitze, relativ zu einem Sitz der Speisernadel, insbesondere eine in x-, y- und/oder z-Richtung auf die Speisernadel wirkende Kraft gemessen werden. Ein derartiger Nadelspeiser ist auch genauer in der deutschen Anmeldung mit der Anmeldenummer 10 2004 026932 und dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Positionierung einer Speisernadel sowie Speiser" beschrieben, deren Offenbarung diesbezüglich vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Ein großer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß auch sehr dünnflüssige Schmelzen genau portioniert werden können. Dies ist besonders für Glasschmelzen optischer Gläser von Vorteil, die mit niedriger Viskosität eingespeist werden können, ohne daß eine Kristallisation erfolgen kann. So tritt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Glasschmelze mit einer Viskosität von höchstens 10³ dPa·s, bevorzugt höchstens 10² dPa·s aus den Austrittsöffnungen aus.
Die Glasportionen können gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung durch die Düse in Levitationsmulden gespeist und auf einem Levitationspolster gelagert werden. Dabei kann dann weiterhin die Viskosität der Glasportionen während der Lagerung an der Oberfläche durch Abkühlung auf oder über die Klebeviskosität steigen und im Inneren der Glasportionen zumindest unterhalb des Erweichungspunktes bleiben wobei die Glasportionen dann in eine Pressform gegeben und in der Pressform auf endgütliger Kontur und Oberlächengüte gepresst werden. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Lagern von Glasportionen auf einer Levitationsmulde und zum anschließenden Blankpressen ist genauer in der deutschen Anmeldung der Anmelderin mit dem Titel "Herstellung von optischen Komponenten für Abbildungsoptiken aus der Schmelze" mit der Anmeldenummer 10 2005 046 556.0 beschrieben, deren Offenbarung diesbezüglich vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird.
Allgemein zeichnen sich mit einem erfindungsgemäßen Verfahren oder mittels einer Vorrichtung erfindungsgemäß herstellbare optische Bauteile mit blankgepresster Oberfläche durch eine höhere Konturgenauigkeit aus. Dies wird durch die mit der Erfindung erreichbaren hochgenauen Portionierung erreicht. So kann z. B. bei einer Charge von mindestens 100 Stück optischer Bauteile mit feuerpolierter und/oder blankgepresster Oberfläche, oder von Gobsen aus optischem Glas, die erfindungsgemäß hergestellt sind, eine maximale Gewichtsabweichung der optischen Bauteile oder Gobsen vom Mittelwert von kleiner 5%, sogar von nur 1% und kleiner bereits ohne eine Sortierung erreicht werden. Derartig kleine Toleranzen sind insbesondere auch bei optischen Bauteilen oder Gobsen mit einem Gewicht von 0,5 Gramm oder weniger erzielbar.
Durch die erfindungsgemäße gleichzeitige Mehrfachportionierung wird nicht nur eine verbesserte Toleranz in den Gewichten der hergestellten Gobs oder der aus den Gobs hergestellten optischen Bauteile, wie etwa von Linsen erreicht. Vielmehr ergibt sich durch die mit der Mehrfachportionierung erreichte Durchsatzerhöhung besonders bei kleinen optischen Elementen oder Gobs eine geringere Kontaktzeit mit den Komponenten des Speisers. Dadurch wird neben einer Einengung der Gewichtstoleranzen auch ein Eintrag von Verunreinigungen vermindert. Dies ist besonders bei kleinen Gobsen wesentlich, da auch bei der Herstellung solcher Gobse eine gewisse Mindestmenge an geschmolzenem Glas bereitgestellt werden muß. Wird diese Glasschmelze in sehr kleine Portionen aufgeteilt, ist der Durchsatz entsprechend kleiner und damit die Verweilzeit der Schmelze im Speiser länger, so daß Edelmetalle von den Glaskontakt-Materialien des Speisers in die Schmelze gelangen. Es hat sich überraschend herausgestellt, daß demgegenüber mittels der Portionierung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, beziehungsweise der Vorrichtung Gobs aus optischem Glas mit einem Gewicht von höchstens 10 Gramm oder daraus hergestellte optische Bauteile erhalten werden, bei welchen das optische Glas der Gobs oder optischen Bauteile eine Transmissionminderung durch Edelmetall-Verunreinigungen von weniger als 1 Prozent aufweist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine Ansicht einer Düse für eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
3 eine Ansicht einer Düse mit darunter angeordneter Unterlage mit mehreren Levitationsmulden.
Nachfolgend wird auf 1 Bezug genommen, welche eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum gleichzeitigen Mehrfachportionieren von Glasportionen aus Glasschmelzen zeigt. Das Prinzip dieser Vorrichtung basiert auf einer Ventileinrichtung 100 mit einem Ventil zur Unterbrechung eines Glasschmelzestroms und eine dem Ventil zur Unterbrechung des Glasschmelzestroms nachgeschaltete Düse 3 mit mehreren Austrittsöffnungen 7.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Ventileinrichtung 100 insbesondere als Nadelspeiser mit einer Speisernadel 103 ausgebildet. Die Vorrichtung ist außerdem mit einer Kraftmeßeinrichtung 102 ausgestattet, mit welcher, zumindest während eines Teils der Positionierung der Speisernadel 103, insbesondere von deren Spitze, relativ zu einem Sitz der Speisernadel 103, insbesondere eine in x-, y- und/oder z-Richtung auf die Speisernadel 103 wirkende Kraft meßbar ist.
Die Vorrichtung 1 verfügt ferner über ein Reservoir 104 für eine Glasschmelze 20, welches mittels einer Heizeinrichtung 106 erwärmbar ist. Mittels der Heizeinrichtung 106 wird das Glas so weit über die Glastemperatur Tg erhitzt, dass dieses erweicht und eine niedrige Viskosität von vorzugsweise höchstens 10³ dPa·s, bevorzugt höchstens 102 dPa·s aufweist, wobei das Glas auch mit dieser niedrigen Viskosität aus den Austrittsöffnungen austritt.
Durch Bewegung der Speisernadel 103 in entgegengesetzter z-Richtung kann der Speisernadelsitz 107 am unteren Ende, des sich vorzugsweise trichterförmig verjüngenden Reservoirs 104 freigegeben werden, wodurch das erwärmte Glas 20 aus dem Reservoir 104 in eine insbesondere rohrförmig gestaltete Abflußeinrichtung, nämlich einen Speiserkanal 109 geleitet wird. Als Ventil dient hier demgemäß die Speisernadel 103 in Verbindung mit dem Speisernadelsitz 107. Das Ende des Speiserkanals 109 dient als Zulauf 5 zur unterhalb des Kanals 109 und der Speisernadel 103 angeordneten und dem Ventil mit der Speisernadel 103 nachgeschalteten Düse 3 mit den Austrittsöffnungen 7.
Von der Düse 3 kann dann die portionierte Glasschmelze 20 an eine weitere Fertigungseinrichtung abgegeben werden. Die in den Figuren nicht dargestellte weitere Fertigungseinrichtung kann eine optische Presseinrichtung, insbesondere Präzisionspreßeinrichtung zur Herstellung von Gobs, optischen Komponenten, insbesondere von Linsen, Fresnellinsen und/oder von planen, insbesondere von planparallelen Platten sein.
Das mit dieser Vorrichtung 1 durchgeführte Verfahren zum gleichzeitigen Mehrfachportionieren von Glasportionen aus der Glasschmelze 20 basiert darauf, daß ein Glasschmelzenstrom durch die Düse 3 mit mehreren Austrittsöffnungen 7 austritt und die aus den Austrittsöffnungen 7 ausströmenden Teilströme durch die Unterbrechung des Glasschmelzenstroms durch getaktetes Öffnen und Schließen des der Düse vorgeschalteten Ventils mit Speisernadel 103 und Speisernadelsitz 107 unterbrochen werden, so daß dadurch diskrete Glasportionen von den Austrittsöffnungen 7 abtropfen.
Das Reservoir 104 sowie vorzugsweise auch der Speiserkanal 109 und die Heizeinrichtung 106 sind von wärmedämmendem Feuerfestmaterial umgeben und gestatten hierdurch eine sehr exakte Temperatureinstellung der in Reservoir 104 und Speiserkanal 109 befindlichen Glasschmelze 20.
Zusätzlich kann die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 über eine Einrichtung zur Regulierung des Niveaus der Glasschmelze 20 umfassen, wodurch der Druck oberhalb des Speisernadelsitzes 7 mit hoher Genauigkeit, vorzugsweise durch Nachführung von erweichtem Material oder einzuschmelzendem Gemenge aufrecht erhalten werden kann. Insbesondere kann dazu ein kontinuierliches Schmelzverfahren für das Schmelzgut zum Einsatz kommen. Durch diese Niveauregulierung wird insbesondere auch eine Regelung des hydrostatischen Drucks der Glasschmelze an den Austrittsöffnungen 7 erreicht, um eine konstante Ausströmgeschwindigkeit über viele Speisertakte hinweg aufrechtzuerhalten.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Speisernadel 3 an einem Galgen 113 mittels einer kardanischen Aufhängung 114 schwenkbar gehalten.
Der Galgen 113 verfügt über einen Mast 115, welcher relativ zum Reservoir 104 mechanisch fest gehalten ist und an welchem eine präzise Längsverschiebung in z-Richtung 116 angebracht ist, welche vorzugsweise servomotorisch, über eine nicht dargestellte Steuereinrichtungen ansteuer- und verfahrbar ist, wobei durch periodisches Absenken der Speisernadel in den Speisernadelsitz 107 eine getaktete Unterbrechung des Schmelzenstroms durch den Speiserkanal 109 bewirkt wird. Diese Steuereinrichtung kann eine dem Fachmann bekannte lokale oder vernetzte, insbesondere zentrale Prozeßsteuereinrichtung sein.
Ferner verfügt die Längsverschiebung 116 über Wegstreckenaufnehmer, welche deren exakten Ort in z- Richtung erfassen und an eine Erfassungs- und Speichereinrichtung 117 weiterleiten.
Die kardanische Aufhängung 114 ist an einer in x- und y-Richtung definiert verfahrbaren x-y-Verschiebungseinrichtung 118 fest angebracht, welche selbst fest an der Verschiebeeinrichtung 116 gehalten ist.
Auch die x-y-Verschiebungseinrichtung 118 verfügt über Positionsgeber, mittels welcher die Positionen x- und y-Einrichtung erfassbar und an die Erfassungs- und Speichereinrichtung 117 weiterleitbar sind.
Ferner verfügt die x-y-Verschiebereinrichtung 118 bevorzugt über servomotorische Antriebseinheiten und ist in deren Position durch die in den Zeichnungen nicht dargestellte Steuereinrichtung definiert verfahrbar.
Durch diese Anordnung kann die Speisernadel 103 sowohl in x- als auch in y- als auch in z-Richtung definiert verfahren werden und kann deren jeweilige Position in der Erfassungseinrichtung 117 erfasst und abgespeichert werden.
Durch mehrere, zeitlich definiert zueinander erfolgende Positionsmessungen kann ferner die Geschwindigkeit und kann auch die Beschleunigung der Speisernadel zeitlich ununterbrochen oder während bestimmter zeitlicher Intervalle bestimmt werden.
Es können hierdurch zu hohe beziehungsweise zu geringe Geschwindigkeiten der Speisernadel 103 sowie gefahr- oder verschleißbringende Beschleunigungen erfasst werden.
Insbesondere die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung der Speisernadelspitze 119 in z-Richtung kann auf einen Maximalwert begrenzt werden indem deren Geschwindigkeitswert an die Steuereinrichtung weitergeleitet und von dieser unter Einwirkung auf die Längsverschiebung 116 begrenzt wird.
Hierdurch können ungewollte hohe Kräfte beim Auftreffen der Speisernadelspitze 119 auf Teile des Reservoirs 104, insbesondere auf den Speisernadelsitz 107 vermieden werden.
Ferner können bei bekanntem Ort der Speisernadel 103 Bereiche definiert werden, innerhalb deren sehr hohe Geschwindigkeiten sowohl in x-, y- als auch in z-Richtung gestattet werden und können Bereiche, beispielsweise in der Nähe der Wände des Reservoirs 104 definiert werden, innerhalb derer nur niedrige Geschwindigkeiten verwendet werden, insbesondere Geschwindigkeiten, die eine Beschädigung der Speisernadel 103 sowie des Reservoirs und des Sitzes 107 vermeiden.
Unter der Düse 3 ist optional eine Heizeinrichtung 30 angeordnet. Diese kann beispielsweise eine Einrichtung zur Strahlungsbeheizung und/oder induktiven Beheizung der Düse sein. Auch kann die Einrichtung 30 einen Reflektor für Infrarotstrahlung umfassen, mit welchem Wärmestrahlung auf die Düse 3 zurückreflektiert wird, um die Wärmeverluste zu minimieren. In vorteilhafter Weiterbildung kann die Einrichtung 30 auch bewegbar ausgebildet sein, um diese während des Einspeisens von der Düse wegzubewegen, so daß die Einrichtung 30 einer Unterlage zur Aufnahme der Glasportionen, etwa einer Unterlage mit Levitationsmulden zur Lagerung und Konditionierung auf einem Gaskissen nicht im Wege ist. In den Prozeßzeiten, in denen nicht gespeist wird, kann dann die Einrichtung 30 in Position gefahren werden, um die Düse 3 zu heizen oder zumindest die Wärmeverluste zu verringern.
In 2 ist die erfindungsgemäße Düse 3 in Ergänzung zu 1 detaillierter dargestellt. Die Düse umfaßt einen am unteren Ende des Speiserkanals 109 angeordneten konischen Grundkörper 13, an welchem eine ebene Bodenplatte 11 angebracht ist. Aus der Bodenplatte 11 ragen die Austrittsöffnungen 7 nach unten heraus. Dazu weist die Bodenplatte 11 aus einer Ebene herausragende Rohre 9 auf, welche in die Austrittsöffnungen 7 münden.
Durch die aus der Ebene der Bodenplatte 11 nach unten herausragende Ausbildung der Austrittsöffnungen wird das Abtropfen der Glasposten beim Verschließen des Ventils, beziehungsweise dem Verschließen des Speiserkanals 109 durch Aufsetzen der Speisernadel-Spitze 119 auf den Speisernadelsitz 107 zur Erzielung einer möglichst exakten Portionierung unterstützt. Die Rohrenden der Rohre 9 bilden dabei Abrisskanten zur Erleichterung des Abtropfens der Glasportionen.
Außerdem sind die Kanäle zu den Austrittsöffnungen 7 – bei dem in 2 gezeigten Beispiel dementsprechend also die Innenwandungen der Rohre 9 – poliert. Damit wird verhindert, daß durch Unregelmäßigkeiten der Innenfläche 15 Fehler auf den Glasposten auftreten, wie sie in ähnlicher Weise beim Abscheren von Glassträngen entstehen. Aus diesem Grund ist es auch von Vorteil, wenn die Austrittsöffnungen 7 und die Innenflächen 15 entgratet sind.
Wie anhand von 2 weiter zu erkennen ist, sind alle Austrittsöffnungen entlang eines gedachten Kreises 17 angeordnet. Dabei koinzidiert der Mittelpunkt des Kreises 17 mit der Mittenachse durch den Speiserkanal 109, so daß außerdem auch alle Austrittsöffnungen 7 in gleichem radialen Abstand zum Zulauf 5, bei dem in 2 gezeigten Beispiel insbesondere also zum Ende des Speiserkanals 109 oder der Eintrittsöffnung zur Düse 3 angeordnet sind.
Auch der Innenraum der Düse 3 ist vorzugsweise symmetrisch zur Mittenachse durch den Speiserkanal 109 ausgebildet. Damit ergibt sich insgesamt eine Anordnung, bei welcher der Innenraum der Düse und die Anordnung der Austrittsöffnungen axialsymmetrisch zu einer vertikal und mittig durch die Eintrittsöffnung oder zu einem Zulauf der Düse 3 laufenden Symmetrieachse ausgestaltet sind. Dies bewirkt, daß auch alle Teilströme, die durch die Austrittsöffnungen 7 auslaufen, gleichartig sind. Auf diese Weise wird unter anderem erreicht, daß auch die Temperaturverteilungen aller Teilströme, beziehungsweise der daraus hergestellten Glasportionen möglichst gleich sind.
Wie auch aus 1 hervorgeht, ist die Ebene der Bodenplatte möglichst waagerecht angeordnet. Insbesondere sind dabei auch alle Austrittsöffnungen 7 auf gleicher Höhe. Auch hierdurch werden unterschiedliche Verhältnisse, beispielsweise durch unterschiedlichen hydrostatischen Druck an den Austrittsöffnungen vermieden.
Um eine Abkühlung der Glasschmelze 20 während des Hindurchlaufens durch die Rohre 9 zu vermeiden, werden die Rohre 9 möglichst kurz gehalten. Bevorzugt weisen dabei die Rohre ein Verhältnis von Innendurchmesser zu Rohrlänge von mindestens 0,3, besonders bevorzugt von mindestens 0,4 auf, wobei als Rohrlänge in diesem Zusammenhang die von außen gemessene Länge des Rohres von der äußeren Ebene des Bodenteils 11 bis zur Austrittsöffnung 7 ist.
Die Austrittsöffnungen weisen einen Innendurchmesser von zumindest 1,5 Millimetern, bevorzugt einen Innendurchmesser im Bereich von 2 bis 12 Millimetern auf. Diese Bereiche haben sich als günstig erwiesen, um eine hohen Durchsatz bei der Glasportionierung für optische Komponenten üblicher Größen für den Massenmarkt zu erreichen. Die Bodenplatte weist weiterhin typischerweise einen Durchmesser von 25 bis 40 Millimetern und der Speiserkanal 109 einen Durchmesser von typischerweise 8 bis 16 Millimetern auf.
Ein bevorzugtes Material für die Düse 3 ist Edelmetall-Legierungen. Insbesondere ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung daran gedacht, ein Edelmetall-Legierungs-Bodenelement 11 zu verwenden, in welches die Austrittsöffnungen eingefügt sind. Bisher wurden im allgemeinen geschmiedete Edelmetall-Legierungsteile zur Führung von Glasschmelzen eingesetzt.
Um aber die geforderte hohe Genauigkeit bei der Portionierung zu erreichen, wird zumindest für das Bodenelement ein aus einem Stück gefrästes Teil verwendet. Ein derartiges Teil mit hineingefrästen oder gebohrten Austrittsöffnungen läßt sich mit höherer Präzision fertigen, die sich unmittelbar auch in den geringeren Gewichtstoleranzen der hergestellten Glasportionen widerspiegelt. Wird das Bodenteil 11 aus einem Stück gefertigt, dann werden dementsprechend auch die kurzen Rohre 9 aus einer Platte entsprechender Dicke herausgefräst.
Um das Bodenteil 11 mit den Austrittsöffnungen hinsichtlich eines möglichst gleichen Durchflusses durch alle Austrittsöffnungen zu kalibrieren, kann in einfacher Weise ein Durchflußtest mit einer Ersatzflüssigkeit, beispielsweise mit Wasser durchgeführt werden. Dabei wird gemäß einer Vorgehensweise zur Durchführung der Kalibrierung der Düse 11 eine vorgegebene Menge der Ersatzflüssigkeit, etwa durch Füllung des Reservoirs 104 bis zu einem bestimmten Pegel zugeführt und die durch die einzelnen Austrittsöffnungen 7 hindurchgeflossenen Teilmengen der Flüssigkeit verglichen. Weichen die Flüssigkeitsmengen voneinander zu stark ab, können die jeweiligen Austrittsöffnungen 7 entsprechend nachbearbeitet werden. Selbstverständlich kann eine solche Kalibrierung auch mit einer Glasschmelze durchgeführt werden, wobei ein solcher Test etwas aufwendiger ist, als die Kalibrierung mittels einer Ersatzflüssigkeit.
3 zeigt die Düse 3 der Vorrichtung 1 mit darunter angeordneter Unterlage 35. Die Unterlage 35 ist insbesondere als Levitationsunterlage mit vorzugsweise einteilig ausgebildeten Membran 39 mit Levitationsmulden 36 zur Lagerung jeweils einer Glasportion ausgebildet. 3 zeigt die Anlage dabei nach dem Einspeisen von Glasportionen 2 in die Mulden 36 über die Düse 3.
Dadurch, daß erfindungsgemäß mehrere Glasportionen gleichzeitig in die Mulden 36 gespeist und auf einer gemeinsamen Levitationsunterlage 35. gelagert werden, wird erreicht, daß alle parallel gelagerten Glasportionen außerdem in möglichst gleicher Weise konditioniert werden. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel weisen die Levitationsunterlage 35 und die Düse zehn Mulden, beziehungsweise zehn Austrittsöffnungen 7 auf.
Insbesondere ist dazu auch eine einteilig ausgebildete Membran 39 vorteilhaft, da auf diese Weise unter anderem der Gasfluß in alle Mulden 36 hinein parallel mit einer Regelungseinrichtung geregelt werden kann. Entsprechend den Austrittsöffnungen 7 der Düse 3 sind auch die Levitationsmulden 36 entlang eines Kreises angeordnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Levitationsunterlage 35 zur Übergabe der Glasportionen an eine oder mehrere nicht dargestellten Preßformen mittels der über Achsen 181, 182 der Bewegungseinheit 19 drehbare Schwenkarme 171, 172, 173, 174 verschwenkt, wobei bei hier durch die Anordnung der Schwenkarme 171, 172, 173, 174 und Achsen 181, 182 die Levitationsunterlage 35 parallel geführt wird. Dies bedeutet, daß die Orientierung der Levitationsunterlage beim Verschwenken erhalten bleibt.
Zur Übergabe der Glasportionen wird die Levitationsunterlage nach unten mit einer Beschleunigung verschwenkt, die größer als die Erdbeschleunigung ist. Durch die vorteilhafte Parallelführung ist die Bewegung aller Mulden 36 beim Verschwenken gleich schnell.
Das Konditionieren der Glasportionen auf den sich in den Mulden unter den Glasportionen ausbildenden Gaskissen erfolgt dabei bevorzugt derart, daß die Viskosität der Glasportionen während der Lagerung an der Oberfläche durch Abkühlung auf oder über die Klebeviskosität steigt und im Inneren der Glasportionen zumindest unterhalb des Erweichungspunktes bleibt. Die so konditionierten Glasportionen können dann in eine nicht dargestellte Pressform gegeben und in der Pressform auf endgütliger Kontur und Oberlächengüte gepresst werden.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden.

Claims

Vorrichtung zum gleichzeitigen Mehrfachportionieren von Glasportionen aus Glasschmelzen, umfassend eine Ventileinrichtung mit einem Ventil zur Unterbrechung eines Glasschmelzestroms und eine dem Ventil zur Unterbrechung eines Glasschmelzestroms nachgeschaltete Düse mit mehreren Austrittsöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen entlang eines Kreises in gleichem radialen Abstand zu einem Zulauf zur Düse angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen auf gleicher Höhe angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der Düse und die Anordnung der Austrittsöffnungen axialsymmetrisch zu einer vertikal und mittig durch die Eintrittsöffnung oder zu einem Zulauf der Düse laufenden Symmetrieachse ausgestaltet sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse eine insbesondere ebene Bodenplatte mit daraus herausragenden Austrittsöffnungen umfaßt.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse aus einer Ebene herausragende Rohre mit den Austrittsöffnungen aufweist, wobei die Rohre ein Verhältnis von Innendurchmesser zu Rohrlänge von mindestens 0,3, bevorzugt mindestens 0,4 aufweisen.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen einen Innendurchmesser von zumindest 0,5 Millimetern, bevorzugt einen Innendurchmesser im Bereich von 1 bis 12 Millimetern aufweisen.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse ein aus einem Stück gefrästes Bodenelement mit den Austrittsöffnungen umfaßt.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen in einem Edelmetall-Legierungs-Bodenelement eingefügt sind.
Vorrichtung gemäß einem Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Düse mit einzeln auswechselbaren Austrittsöffnungs-Elementen, vorzugsweise aus einer Edelmetall-Legierung.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kanäle zu den Austrittsöffnungen entgratet und poliert sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine induktive Beheizung für die Düse.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Strahlungsheizung für die Düse.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Reflektor zur Rückreflexion von Wärmestrahlung auf die Düse.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verfahren der induktiven Beheizung, Strahlungsheizung oder des Reflektors.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung einen Nadelspeiser umfaßt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Kraftmeßeinrichtung, mit welcher, zumindest während eines Teils der Positionierung der Speisernadel, insbesondere von deren Spitze, relativ zu einem Sitz der Speisernadel, insbesondere eine in x-, y- und/oder z-Richtung auf die Speisernadel wirkende Kraft meßbar ist.
Verfahren zum gleichzeitigen Mehrfachportionieren von Glasportionen aus Glasschmelzen, insbesondere mittels einer Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem ein Glasschmelzenstrom durch eine Düse mit mehreren Austrittsöffnungen austritt und die aus den Austrittsöffnungen ausströmenden Teilströme durch die Unterbrechung des Glasschmelzenstroms mittels getaktetem Öffnen und Schließen eines der Düse vorgeschalteten Ventils unterbrochen werden und diskrete Glasportionen von den Austrittsöffnungen abtropfen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme aus entlang eines Kreises angeordneten Austrittsöffnungen auslaufen, die in gleichem radialen Abstand zu einem Zulauf zur Düse angeordnet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme aus in gleicher Höhe angeordneten Austrittsöffnungen austreten.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse induktiv beheizt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse strahlungsbeheizt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Reflektor Wärmestrahlung auf die Düse rückreflektiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Beheizung oder Strahlungsheizung oder ein Reflektor während des Einspeisens von der Düse weggefahren wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasschmelzenstrom mit einem Nadelspeiser getaktet unterbrochen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während eines Teils der Positionierung der Speisernadel, insbesondere von deren Spitze relativ zu einem Sitz der Speisernadel eine Kraftmeßeinrichtung, vorzugsweise eine in x-, y- und/oder z-Richtung messende Kraftmeßeinrichtung verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasportionen von Abrisskanten an den Austrittsöffnungen abtropfen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschmelze mit einer Viskosität von höchstens 10³ dPa·s, bevorzugt höchstens 10² dPa·s aus den Austrittsöffnungen austritt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasportionen in Levitationsmulden gespeist und auf einem Levitationspolster gelagert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Glasportionen während der Lagerung an der Oberfläche durch Abkühlung auf oder über die Klebeviskosität steigt und im Inneren der Glasportionen zumindest unterhalb des Erweichungspunktes bleibt, und die Glasportionen dann in eine Pressform gegeben und in der Pressform auf endgültige Kontur und Oberlächengüte gepresst werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß Glasportionen mit einem Gewicht im Bereich von 0,1 g bis 150 g portioniert werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrostatische Druck der Glasschmelze an den Austrittsöffnungen, insbesondere mittels eines kontinuierlichen Schmelzverfahrens geregelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß der Austrittsöffnungen mittels einer Messung des Durchflusses einer Ersatzflüssigkeit kalibriert wird.