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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 A 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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Die Herstellung einer kompliziert geformten Geometrie ist hiermit nicht möglich. Die resultierende Gesamtgeometrie wird durch die Geometrie der Formrollen vorgegeben.
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Ein ähnliches Verfahren und eine ähnliche Vorrichtung zum Formen von Glasrohren ist aus der
US 1 437 239 A bekannt.
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Hierbei wird das Glasrohr an seinem Ende durch Brenner aufgeheizt und dann zwischen zwei Formrollen, die von außen angedrückt werden, geformt.
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Auch diese Vorrichtung weist die zuvor beschriebenen Nachteile auf.
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Ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung zur Formung von Glasrohren ist aus der
US 2 392 104 A bekannt.
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Hierbei wird ein Konusende eines Glasrohrs zwischen drei konusförmigen Formrollen, die ein Außengewinde aufweisen, geformt, während die Konusrollen nach und nach gegen das Glasrohr im Konusbereich von außen angedrückt werden. Hierbei wird gegen einen innen liegenden Dorn gearbeitet. Hierbei hängt die Endkontur von der Führung und Positionierung der Formrollen ab, so dass hiermit keine präzise Endkontur gewährleistet werden kann.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Formen von Glasrohren anzugeben, womit eine möglichst hohe Formgenauigkeit und eine möglichst einfache 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 Langsachse gedreht wird und die Formbacken gegenüber dem Glasrohr gedreht werden, wobei zumindest einer der Formbacken eine dem Glasrohr zugewandte Formfläche aufweist, die zumindest einen Bereich aufweist, der in Umfangsrichtung einen zunehmenden Abstand von der Drehachse des Formbackens aufweist, derart dass durch die Drehung des Formbackens ohne eine Zustellbewegung des Formbackens in Richtung auf das Glasrohr eine Formung des Glasrohrs erreicht wird.
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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 verdrehbar 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, derart dass durch die Geometrie des Formbackens eine Formung des Glasrohrs ohne eine Zustellbewegung des Formbackens in Richtung auf das Glasrohr ermöglicht wird.
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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 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 Kombination, 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 Längssachse 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.
