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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen
von Glasrohren, insbesondere zur Konusformung von Glasrohren, bei
dem ein Glasrohr auf eine Temperatur oberhalb der Transformationstemperatur
Tg erwärmt wird und durch Andrücken
eines Formwerkzeuges an die Rohroberfläche geformt wird.
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Ein
derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der
US 5,300,134 bekannt.
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Bei
der bekannten Vorrichtung werden Glasrohre in einem Spannfutter
eingespannt und in Drehung versetzt, während das Ende des
Glasrohrs mit einem Brenner auf eine ausreichend hohe Temperatur
gebracht wird und dann mittels von außen angelegter Formrollen
geformt wird. Dabei kann zusätzlich ein Dorn in das Innere
des Glasrohrs eingefahren werden.
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Soll
hierbei eine kompliziert geformte Geometrie ausgeformt werden, so
muss der Formprozess mehrfach unterbrochen werden, das Glasrohr erneut
aufgeheizt werden und dann der nächste Formschritt mit
unterschiedlichen Formrollen durchgeführt werden. Die resultierende
Gesamtgeometrie wird durch die Einstellung und Freiheitsgrad jeder einzelnen
Formrolle beeinflusst. Auch sind die Brenner bzw. deren Einstellungen
bezüglich der Lage im Raum sowie die Gas- bzw. Luftführung
zwischen den einzelnen Formstationen für die Gesamtgeometrie verantwortlich.
Die sehr hohe Anzahl von Freiheitsgraden wirkt sich negativ auf
die Prozessstabilität und die Formgenauigkeit bei der Glasrohrformung aus.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Formung
von Glasrohren anzugeben, womit eine möglichst hohe Formgenauigkeit
bei einer möglichst einfachen Verfahrensführung
erzielbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Formung von Glasrohren, insbesondere
zur Konusformung von Glasrohren gelöst, bei dem ein Glasrohr auf
eine Temperatur oberhalb der Transformationstemperatur Tg erwärmt wird und durch Andrücken
eines Formwerkzeuges mit mindestens zwei Formbacken an die Rohroberfläche
geformt wird, wobei das Glasrohr um seine Längsachse gedreht
wird und die Formbacken gegenüber dem Glasrohr gedreht
werden, und wobei zumindest einer der Formbacken eine dem Glasrohr
zugewandte Formfläche aufweist, die zumindest einen Bereich
aufweist, deren Abstand von der Längsachse des Glasrohrs
während der Drehung abnimmt.
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Hinsichtlich
der Vorrichtung wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Vorrichtung
zur Formung eines Glasrohrs gelöst, mit einem Formwerkzeug,
das mindestens zwei in Bezug auf das Glasrohr vierdrehbar angeordnete
Formbacken aufweist, wobei zumindest einer der Formbacken eine Formfläche
mit einem Bereich aufweist, der in Umfangsrichtung einen zunehmenden
Abstand von der Drehachse des Formbackens aufweist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Erfindungsgemäß wird
durch die besondere Form der Formbacken eine Formgebung des Glasrohrs
ausgehend von der Rohrform bis zur Endkontur in nur einem Formgebungsschritt
ermöglicht. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem
eine mehrfache Zwischenerwärmung des Glasrohres notwendig
ist, um mit verschieden konturierten Formrollen nach und nach die
gewünschte Endform des Glasrohrs zu erzielen, wird erfindungsgemäß durch
die entlang des Umfangs veränderte Kontur der Formbacken
ein Formen des Glasrohrs mit kontinuierlichem Übergang
von einer Vorform bis zur Endform ermöglicht. Hierdurch
wird die Formgenauigkeit erheblich verbessert, während
gleichzeitig der Gesamtprozess vereinfacht wird.
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Es
versteht sich, dass ggf. auch mit einem Zwischenschritt gearbeitet
werden könnte, indem mit einem ersten Formbackenpaar eine
Zwischenkontur erzeugt wird und dann mit einem zweiten Formbackenpaar
die Endkontur erzeugt wird. Erfindungsgemäß ist
es jedoch bevorzugt, wenn der Formgebungsprozess durchgehend ausgehend
von der Rohrform bis zur Endkontur ohne Zwischenschritte erreicht
wird. Dabei kann die Formfläche auch Bereiche aufweisen,
bei denen der Abstand von der Längsachse der verformten
Glasrohres gleich bleibt oder wieder zunimmt, beispielsweise um
einen zuvor aus einem Rohrende teilweise herausgedrückten
Bereich nachfolgend wieder zu verstärken, ähnlich
wie beim Töpfern.
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Es
versteht sich ferner, dass an Stelle von nur zwei Formbacken auch
mit mehreren Formbacken gearbeitet werden kann, die beispielsweise
jeweils nur einen bestimmten Winkelbereich bei der Formung abdecken,
während der nachfolgende Winkelbereich von anderen Formbacken
abgedeckt wird. Auch könnten mehrere Formbacken verwendet
werden, die z. B. symmetrisch angeordnet sind.
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Gemäß einer
ersten Variante der Erfindung wird das Glasrohr rotierend angetrieben,
vorzugsweise mit 10 bis 200 U/min, weiter bevorzugt mit 20 bis 100
U/min.
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Dabei
können die Formbacken entweder nicht angetrieben sein oder
während der Formung langsam gedreht werden.
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Sind
die Formbacken nicht angetrieben, so werden diese durch die Reibung
des Glases an den Formbacken mitgenommen, wodurch die Formung erzielt
wird.
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Werden
die Formbacken dagegen langsam im Vergleich zur Rotationsgeschwindigkeit
des Glasrohres bewegt, so hat jeder Punkt auf den Formbacken mehrfachen
Kontakt zum Glasrohr. Er ergibt sich ein Effekt ähnlich
einem Töpferprozess.
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In
bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird das Glasrohr in seinem
zu formenden Bereich vorgeheizt, vorzugsweise mittels eines Brenners.
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Es
hat sich als günstig erwiesen, wenn das Glasrohr zunächst
vorgeheizt wird, so dass es bei dem anschließenden Formprozess
mit der Drehung der Formbacken eine ausreichend hohe Temperatur hat,
um eine präzise Formung zu ermöglichen.
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Vorzugsweise
wird der Wärmeverlust während des Formungsprozesses
durch die Formbacken durch eine geeignete Beheizung ausgeglichen.
So kann ein Kleben des Glasrohres an den Formbacken verhindert werden.
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Hierzu
wird entweder das Glasrohr im Bereich der Kontaktstelle mit den
Formbacken während der Formung lokal erwärmt.
Dies kann durch eine Heizung vorzugsweise in Form eines Mikrobrenners, eines
Wasserstoffbrenners oder eines Lasers erfolgen.
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Alternativ
können die Formbacken während der Formung erwärmt
werden. Dies kann vorzugsweise wiederum durch einen Brenner, durch
Induktion oder durch einen IR-Strahler erfolgen.
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Eine
besonders präzise und an die Wärmeverluste angepasste
Zuführung von Wärmeenergie lässt sich
durch Verwendung eines Lasers erreichen. Dieser kann in geeigneter
Weise pulsierend betrieben werden und/oder etwa mittels eines Scanners über
den zu erwärmenden Bereich verfahren werden. So kann insgesamt
eine optimal angepasste Wärmezuführung erreicht
werden, die lokal und in ihrer Wärmeleistung in optimaler
Weise abgestimmt ist, um eine möglichst präzise
Formung zu gewährleisten und ein Kleben des Glasrohres
an den Formbacken sicher zu verhindern.
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Zusätzlich
kann während der Formung zur Unterstützung ein
Dorn in ein Ende des Glasrohrs eingefahren werden, gegen den das
Glasrohr mittels der Formbacken von außen geformt wird.
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Hierdurch
kann ein Kanal im Glasrohrende, z. B. ein Konuskanal, während
des Formgebungsprozesses erzielt werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorzugsweise
ein Spannfutter zur Aufnahme des Glasrohres sowie Mittel zum Drehantrieb
des Glasrohres auf.
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Ferner
sind vorzugsweise Mittel zum Drehantrieb der Formbacken vorgesehen.
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Wie
zuvor bereits erläutert, sind vorzugsweise ferner eine
Heizung zum Vorheizen des Glasrohres vor Beginn des Formungsprozesses
und eine Heizung zum Beheizen des Glasrohres während des Formvorgangs
vorgesehen.
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Dabei
kann es sich auch um eine einzige Heizung handeln, durch die sowohl
ein Vorheizen vor Beginn des Formungsprozesses als auch eine Wärmezuführung
während des Formprozesses erfolgen kann.
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Wie
zuvor bereits erwähnt, ist hierzu ein Laser besonders bevorzugt.
Alternativ wird nach eine Heizung des Glasrohrs mittels eines Mikrobrenners oder
eines Wasserstoffbrenners vorgesehen.
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Ferner
können alternativ die Formbacken durch einen Brenner, durch
Induktion oder durch einen IR-Strahler während des Formgebungsprozesses
erwärmt werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt das
Formwerkzeug mindestens zwei in Bezug auf das Glasrohr verdrehbar
angeordnete Formbacken, wobei zumindest einer der Formbacken eine Formfläche
aufweist, die in Umfangsrichtung einen zunehmenden Abstand von der
Drehachse aufweist, bis ein Maximalabstand erreicht ist.
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Die
Formbacken weisen somit eine relativ komplexe Formfläche
auf, die zunächst eine Vorformung gewährleistet
und mit unmittelbarem Übergang dazu eine zunehmende Ausformung
des Glasrohres bis die Endkontur erreicht ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuerung zur Steuerung
der Drehbewegung des Glasrohres und der Drehbewegung der Formbacken
vorgesehen.
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Vorzugsweise
ist die Steuerung auch mit der Heizung zum Vorheizen des Glasrohres
bzw. zur Beheizung während des Formgebungsprozesses gekoppelt.
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Auf
diese Weise kann ein automatisch gesteuerter optimierter Formgebungsprozess
mit hoher Präzision der Endkontur gewährleistet
werden.
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Ferner
können Glasreste am Ende des Formgebungsprozesses abgetrennt
werden, wozu bspw. an den Formbacken entsprechende Schermittel vorgesehen
sein können.
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Auf
diese Weise wird der Gesamtprozess weiter vereinfacht.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in
der jeweils angegebenen Kombi nation, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung der Erfindung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Formung von Glasrohren;
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2 eine
Aufsicht zweier Formbacken, die bei der Vorrichtung gemäß 1 verwendet
werden können in einem ersten Zustand, in dem die Formbacken
gerade in Kontakt mit dem zu formenden Glasrohr gelangen, wobei
das Glasrohr zusätzlich oberhalb in der Aufsicht dargestellt
ist;
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3 die
beiden Formbacken gemäß 2 in einem
späteren Zustand, bei dem die Formbacken so weit gedreht
sind, dass eine Vorformung zur Ausführung eines Konus am
Glasrohrende erzielt ist, wie in der unteren Hälfte von 3 dargestellt
ist;
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4 eine
weitere Stellung der Formbacken, bei der bereits die Endkontur bei
der Ausformung des Glasrohrendes erzielt ist, wie aus der unteren
Hälfte von 4 ersichtlich ist;
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5 eine
vergrößerte Aufsicht auf das Glasrohrende mit
den zugeordneten Formbacken und dem Dorn gemäß 3 und
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6 eine
vergrößerte Aufsicht des Glasrohrendes mit zugeordneten
Formbacken und Dorn gemäß 4.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch
dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
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Die
Vorrichtung 10 weist ein Spannfutter 12 auf, das
zur Aufnahme eines Glasrohrs 16 ausgebildet ist. Das Spannfutter 12 ist
mittels eines Antriebes 14 um seine Längsachse 15 drehbar
angetrieben, wie durch den Pfeil 48 angedeutet ist.
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Zur
Formgebung des Glasrohres 16 an seinem äußeren
Ende 17 ist ein Formwerkzeug vorgesehen, das aus zwei symmetrischen
Formbacken 18, 20 besteht, die beidseits des Glasrohres 16 angeordnet
sind. Jeder Formbacken kann um seine Drehachse 23 bzw. 25 mittels
eines zugeordneten Drehantriebes 22, 24 um seine
Drehachse 23 bzw. 25 gedreht werden. Gegebenenfalls
können die Formbacken 18, 20 zusätzlich
noch in Radialrichtung des Glasrohres 16 von außen
zugestellt werden, wie durch die Doppelpfeile 26 und 28 angedeutet
ist.
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Ferner
ist vor dem Glasrohrende 17 ein Dorn 36 angeordnet,
der mittels eines Antriebes 38 in Richtung auf das Rohr 16 zustellbar
ist, wie durch den Pfeil 40 angedeutet ist.
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Die
beiden Formbacken 18, 20 weisen Formflächen 19, 21 auf,
mittels derer ausgehend von einer Vorformung bis zur Endformung
in einem Arbeitsgang die gewünschte Außenkontur
am Rohrende 17 erzielt werden kann, wie nachfolgend noch
anhand der 2–6 näher
erläutert ist.
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Eine
Heizung 32 in Form eines Lasers ist vorgesehen, um mittels
des Laserstrahls 34 eine gezielte Erwärmung des
zu formenden Bereiches am Ende 17 des Glasrohrs 16 zu
ermöglichen.
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Zusätzlich
kann ein Brenner 30 vorgesehen sein, um vor Beginn des
Formgebungsprozesses das Glasrohr 16 im Bereich seines
Endes 17 auf eine ausreichend hohe Temperatur vorzuwärmen,
z. B. eine Temperatur zwischen etwa 900°C und 1100°C im
Falle der Verwendung eines Borosilikatglases.
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Die
einzelnen Komponenten der Vorrichtung werden von einer zentralen
Steuerung 42 gesteuert, die mit dem Antrieb 14,
der Heizung 32, den Antrieben 22, 24, 38 und
mit dem Brenner 30 über Steuerleitungen gekoppelt
ist.
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Der
Formgebungsprozess wird nachfolgend in seinen verschiedenen Phasen
anhand der 2–6 näher
erläutert.
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In
den 2–4 sind die
Formbacken 18, 20 jeweils von vorn in Richtung
auf das Glasrohrende gesehen und zusätzlich in verkleinerter
Darstellung von oben gesehen mit dem zugehörigen Glasrohrende
und dem Dorn dargestellt, um die verschiedenen Phasen des Formgebungsprozesses
erläutern zu können. Dabei sind die Größenverhältnisse
zwischen Formbacken 18, 20 und Glasrohr 16 nicht
maßstabsgetreu und stimmen nicht mit den Größenverhältnissen
gemäß 1 überein.
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In
der Realität erfolgt der Formgebungsprozess durch Drehung
der Formbacken in Richtung der Pfeile 44 bzw. 46 kontinuierlich,
wodurch sich die entsprechend geformte Formfläche 19 bzw. 21 an
die Oberfläche des Glasrohrs 16 anlegt und das
Glas nach und nach so auspresst bzw. ausformt, bis die Endkontur
des Glasrohrs an seinem Ende 17 erreicht ist. Die Darstellung
in einzelnen Phasen dient lediglich dem besseren Verständnis.
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In 2 ist
die erste Phase des Formgebungsprozesses dargestellt, in der die
beiden Formbacken 18, 20 gerade soweit gedreht
sind, bis die Außenkontur mit der jeweiligen Formfläche 19, 21 in Kontakt
mit dem Glasrohr 16 gelangt.
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Nach
einer weiteren Drehung in Richtung der Pfeile 44 bzw. 46 ergibt
sich die Stellung der Formbacken, die in 3 durch 18' bzw. 20' gekennzeichnet ist.
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In
dieser Stellung ist bereits eine Vorformung am Glasrohrende 17 erzielt,
wodurch ein vorgeformter Konus 50 am Ende des Glasrohrs 16' erreicht
ist.
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Bei
einer synchronen weiteren Drehung der beiden Formbacken bis in die
Stellung gemäß 4, die durch 18'', 20'' gekennzeichnet
ist, ist der Konus 52 am Ende des Glasrohrs 16'' schließlich
vollständig in seiner Endkontur ausgeformt.
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Während
des gesamten Formvorgangs gemäß der 2–4 befindet
sich der Dorn 36 in einer in das Glasrohrende eingefahrenen
Position, so dass während der Formung von außen
mittels der Formbacken gegen den Dorn 36 gearbeitet wird.
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Mittels
der Heizung 32 in Form des Lasers kann über die
Steuerung 42 eine gezielte örtliche Erwärmung
in Abhängigkeit von der jeweiligen Wärmeabfuhr
gewährleistet werden. Hierzu kann der Laser mittels einer
geeigneten Steuerung, z. B. eines Scanners über die gewünschte
Zielfläche bewegt werden und ggf. zusätzlich in
seiner Leistung durch Pulsieren entsprechend angepasst werden. Auf
diese Weise kann eine optimierte Wärmezufuhr im Bereich
der Kontaktstelle zwischen dem Rohrende 17 und den Formbacken 18, 20 erreicht
werden.
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Gemäß einer
ersten Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird das Glasrohr 16 mittels des Antriebes 14 kontinuierlich
um seine Längsachse 15 mit einer Drehzahl von
z. B. 50 bis 100 U/min in Rotation versetzt. Die Formbacken 18, 20 werden
mittels ihrer Drehantriebe 22, 24 langsam synchron
in Richtung der Pfeile 44 bzw. 46 gedreht, so
dass das Glasrohrende 17 während des Formgebungsvorgangs
mehrfach mit den Formflächen 19, 21 in
Kontakt kommt. Der gesamte Formgebungsprozess ausgehend von der
Vorformung bis zur Endformung dauert bspw. etwa 5 s und kann sich
etwa in einem Bereich von 1 s bis 30 s abspielen.
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Vorzugsweise
erfolgt zuvor eine Vorheizung des Rohrendes auf Rotglut mittels
der Heizung 30 in Form des Brenners. Während des
Formgebungsprozesses selbst erfolgt die notwendige Zufuhr von Wärmeenergie
dann über den Laserstrahl 34.
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Es
zeigt sich, dass zu einem derartigen Formgebungsverfahren Glasrohre 16 im
Konusbereich vollständig bis zur Endform für Glaspritzen
ausgeformt werden können, wobei die vorgegebenen Toleranzen
eingehalten werden.
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Da
die Formgebung in einem einzigen Schritt ausgehend von der Rohrform
bis zur Endkonturform erfolgt, ist der Formgebungsprozess ferner
im Vergleich zu herkömmlichen Formgebungsprozessen mit
mehreren Einzelschritten erheblich vereinfacht.
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Nach
Erreichen der Endkonturform gemäß 4 werden
die beiden Formbacken 18, 20'' vorzugsweise noch
weiter in Richtung der Pfeile 44, 46 gedreht,
bis das Glasrohrende von den beiden Formbacken 18'', 20'' vollständig
freigegeben wird. In dieser Stellung kann dann das Glasrohr mittels
einer geeigneten Handling-Einrichtung entnommen werden und gegen
ein neues zu formendes Glasrohr 16 ausgetauscht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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