DE1596355A1 - Automatische Temperatursteuerung fuer Glasschmelzverfahren - Google Patents
Automatische Temperatursteuerung fuer GlasschmelzverfahrenInfo
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Description
Corning Glass Works, Coming, N.Y., USA
Automatische Temperatursteuerung für Glasschaelz·
verfahren
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Formen τοη
Glasgegenständen durch Pressen in einer Form und richtet
sich insbesondere auf die Steuerung der Temperatur der Hohlform und des Preßstempels derart, daß der geformte
Glasgegenstand nicht am Stempel haftet, wenn dieser aus der Hohlform zurückgezogen wird.
Beim Formen verhältnismäßig flacher Glasgegenatände,
beispielsweise Suppenschüsseln, Servierplatten u.dgl., kann ein Freipreßverfahren zur Anwendung kommen. Ein
Tropfen heißen geschmolzenen Glases wird in die Hohl-*
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for» eingesetzt, velcbe eine der einen Oberfläche des
zu forstenden Gegenstandes entsprechende Gestalt auf« weist. Der Gegenstand wird durch einen Freipreßvorgang
geformt, bei de« ein Stempel in die Hohlform eingedrückt wird* Der Stempel hat die der anderen Oberfläche des zu
formenden Gegenstandes entsprechende Gestalt.
Sowohl die Hohlform als auch der Stempel werden infolge der aufeinanderfolgenden Preßyorgänge sehr heiß. Is
ist ein sehr bekanntes Problem beim Glaspressen, daß der geformte Glasgegenstand entweder an der Hohlform
oder am Stempel haftet, wenn diese feile zu heiß werden. Darüberhinaus führen extrem hohe Hohlform- und
Stempeltemperaturen dazu, daß das Glas zu plastisch bleibt und der geformte Glasgegenstand daher zerstört
wird, wenn der Stempel nach Beendigung des Preßvorganges abgezogen wird. Die früheren Versuche zur Oberwindung dieses Problemes beruhen lediglich auf der
Kühlung der Hohlform und des Stempels»· zur Aufrechterhält ung ihrer Temperaturen in einem optimalen gereich
- d.h. so niedrig, daß das Haften oder Kleben infolge extrem hoher Temperaturen nicht auftritt, und so hoch,
daß Bisse und Brüche nicht in dem hergestellten GIa**-
gegenstand erzeugt werden.
noch nicht überwundenes Problem besteht darin, da· _w __
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der gefor*te Gegenstand die Veigung hat, am Stempel
zu haften» wenn dieser nach de» PreBrorgang au· der For» abgesogen wird, selbst dann, venn die Steapel-
und Hohlfor»te»peratur sich beide i» obenerwähnten
optimalen Bereich befinden· Es wurde nun gefunden, daß dieses Proble» u»so akuter wird, venn sieh die
Ste»pelte»peratur der Forateaperatur annähert, und
als besonders wesentlich hat sieh geseigt, daß diese Ieigung des Gegenstandes a» 8te»pel bu haften
eine Funktion der For»te»peratur ist.
Bei» Freipressen von Glas spielt die Schwerkraft eine geringere Bolle bei der Besti»»ung, welcher
Teil - d.h. ob Ste»pel oder Hohlfor» - den Glasgegenstand nach Beendigung des Preßrorganges und
Abzug des Stempels festhalten wird. Es gibt drei andere Faktoren, welche dieses Problern beeinflus
sen, nämlich thermische Haftung, Unterdruckhaftung und mechanische Haftung■ Die thermische Haftung
oder Adhäsion wird verursacht durch die Heigung
des heißen Glases, an einem Teil der metallischen Formausrüstung zu haften, und diese Heigung nimmt
mit zunehmender Temperatur des Metalls zu. Die Unterdruck- oder Vakuumhaftung oder -adhäsion tritt
auf, wenn der Glasgegenstand sehr eng mit der Oberfläche der metallischen Formausrüstung übereinstimmt,
009887/0256 e*° °R'G*
so daß ein Vakuum erzeugt wird, wenn man versucht, den Glasgegenstand von der Formoberfläche abzuziehen.
Die mechanische Haftung oder Adhäsion ist das mechanische Schrumpfen der konkaven Oberfläche des sich
abkühlenden Glasgegenstandes um die sich ausdehnende konvexe Oberfläche der Hohlform oder des Stempels
so daß tatsächlich ein mechanisches Aufsitzen ent» steht. Diese drei Faktoren wirken zusätzlich zum Einfluß
der Schwerkraft dauernd zusammen und bestimmen, ob der Glasgegenstand am Stempel oder in der Hohlform
verbleibt, sobald der Stempel am Ende eines Preßvorganges abgezogen wird.
Die vorliegende Erfindung überwindet dieses Problem dadurch, daß die Stempeltemperatur niedriger als die
Hohlformtemperatur gehalten und die Stempeltemperatur als Funktion der Hohlformtemperatur derart gesteuert
wird, daß der geformte Glasgegenstand an der Form haftet, sobald der Stempel nach einem Preßvorgang abgezogen
wird. Wenn es wünschenswert sein sollte, den Glasgegenstand am Stempel haften zu lassen, dann wird
natürlich die Hohlformtemperatur niedriger als die Stempeltemperatur gehalten und als Funktion-der Stempeltemperatur
gesteuert. Dieses Problem ist wesentlich schwieriger im Fall des freien Pressens als beim Ringpressen,
wo der Ring, wenn nicht sehr ungünstige Bedin-
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gungen vorherrschen, den Glasgegenstand vom Stempel
aisstreift, sobald der Stempel abgezogen wird.
Die Erfindung zielt also hauptsächlich darauf ab, die
relativen Temperaturen von Hohlform und Stempel beim freien Pressen derart zu steuern, daß der geformte
Gegenstand entweder an der Hohlform oder am Stempel bleibt, sobald der Stempel aus der Hohlform nach Beendigung des Preßvorganges abgezogen wird.
Insbesondere erstrebt die Erfindung, die Hohlformund Stempeltemperaturen tu ertasten und eine dieser
Temperaturen auf einem wünschenswert konstanten Wert für den wirksamen Formvorgang zu- halten und die andere
Temperatur automatisch derart zu steuern, daß sie ausreichend niedriger als die erste Temperatur
bleibt, so daß der geformte Gegenstand entweder am Stempel oder an der Hohlform abhängig davon, welcher
Teil von beiden heißer ist, haften bleibt, sobald der R-'-empel aus der Hohlform abgezogen "tfird.
Durch die Erfindung wird ferner ein automatisches Steuersystem geschaffen, das sowohl auf die Hohlformals
auch auf die Stempeltemperaturen anspricht und die Stempeltemperatur ausreichend niedriger als die
Hohlformtemperatur hält, so daß ein geformter Gegen-
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stand in der Hohlform verbleibt, wenn der Stempel au«
der Hohlform nach Beendigung ein·· Preßvorgange» abgezogen vird.
Weitere Ziele und Vorteile des erfindungsgemaßen Systems ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im
Zusammenhang mit der Zeichnung, die zusammen im einzelnen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
erläutern sollen. Die Zeichnungen zeigen i
Fig. 1 ein System zur Wiedergabe des bevorzugten Verfahrens der Temperatursteuerung^ :
einer Familie von Kurven für verschiedene Stellungen des Fmnkt ions regiere nach Fig. 1j und in
Fig* 3 eine schematische Darstellung einer besonderen Ausfuhrungsform eines Funktionsreglers, wie er
sich im System nach Fig. 1 verwenden läßt.
Fig. 1 zeigt eine Formeinrichtung zum Freipressen von Glasgegenständen, beispielsweise Suppenschüsseln, Saucieren, Tafelplatten u.dgl. Ein Tropfen heißen geschmolzenen Glases wird in die Hohlform 10 eines Formkörpers
12 eingesetzt und ein Stempel lh auf das geschmolzene
Glas zur Herstellung eines Formgegenstandes, beispielsweise eines Tellers i6, gedrückt. ;
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Das in einem solchen Verfahren verwendete geschmolzene
Glas liegt hinsichtlich seiner Temperatur im Bereich von 1000 bis 1HOO°C, und nach aufeinanderfolgenden
Preßvorgängen werden sowohl die Form als auch der Stempel sehr heiß. Werden die Formteile zu heiß, dann
neigt der Formgegenstand dazu, an der Form zu haften, wobei es zu Zerstörungen im Formgegenstand und zu einer
Behinderung des Herausnehmens des Gegenstandes aus der Hohlform kommt.
Eine typische Dauerbetriebstemperatur für die Form liegt bei annähernd 600°C, und diese Temperatur wird
durch Durchleiten von Kühlluft über die Rückseite der Forn aufrechterhalten. Es hat sich jedoch herausgestellt,
daß bei Kühlung des Stempels lediglich in der gleichen Weise dann, wenn Form- und Stempeltemperaturen sich
während der nachfolgenden Preßvorgänge einander annähern, der Formgegenstand am Stempel haftet, sobald
dieser aus der Hohlform abgezogen wird. Im allgemeinen ist es erwünscht, daß der Formgegenstand in der Hohlform
liegenbleibt, wenn der Stempel abgezogen wird, wenn es auch in einigen Fällen erstrebenswert sein kann,
den Formgegenstand mit dem Stempel abzuziehen. In jedem Fall hat es sich als wünschenswert erwiesen, den einen
der beiden Formteile wesentlich kühler als den anderen, ,jedoch innerhalb des optimalen Temperaturbereiches für
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die Herstellung geformter Glasgegenstände hoher Qualität zu halten, wobei der Formgegenstand am
heißeren Teil verbleibt, wenn der Stempel abgezogen wird.
Für die weitere Erörterung sei angenommen, daß es wünschenswert ist, wenn der geformte Geschirrteil
16 in der Hohlform 10 verbleibt, sobald der Stempel 1^ nach Beendigung eines Preßvorganges abgezogen
wird. Im Körper der Hohlform 12 ist ein Thermoelement 18 zur Bestimmung von dessen Temperatur
eingebettet. Dieses Thermoelement weist eine Vorrichtung hoher Impedanz auf, die ein Signal geringer
Spannung erzeugt, welches der zu erfühlenden Temperatur proportional ist. Dieses Signal wird
über Leiter 19 einem Millivoltverstärker 20 aufgegeben, welcher einen Eingang hoher Impedanz und
einen Ausgang geringer Impedanz aufweist, um das Signal geringer Spannung in ein Stromsignal im Bereich
von 10 bis 50 mA umzuwandeln. Für eine typische Formtemperatur von 600°C beträgt das Stromsignal
bei dem System nach Fig. 1 annähernd k'y mA.
Dieses Stromsignal wird über einen Leiter 22 zu einem Funktionsregler 2k geleitet und von dort über
einen Leiter 26 zu einem Formregler 28, dessen elek-
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trischer Ausgang eine Ventileinstellvorrichtung 30 erregt, welche mehcanisch ein Ventil 32 einregelt,
das die Strömung der Kühlluft durch einen Kanal 3^ regelt, der die Kühlluft auf die Form 12 richtet.
Die gewünschte oder Haftformtemperatur wird von Hand
in den Regler 28 eingeführt, wo sie mit dem Ausgang des Verstärkers 20 verglichen wird. Der' legier sel"bst
ist ein üblicher' legier und bildet keinen Teil der
vorliegenden Erfindung. Er arbeitet derart, daß dann, wenn die vom Thermoelement 18 erfühlte Temperatur
die Hafttemperatur überschreitet, der elektrische Ausgang des Rsglers 28 eine solche Größe und Richtung
aufweist, daß die Ventileinstellvorrichtung 30 das Ventil 32 öffnet, so daß eine größere Menge an Kühlluft
auf die Form 12 gerichtet werden kann.
In gleicher Weise erfühlt ein im Stempel lh eingebettetes
Thermoelement kO die Temperatur des Stempels und entwickelt ein Signal niedriger Spannung,
welches auf den Millivoltverstärker k2 aufgegeben wird, so daß ein entsprechendes verstärktes Stromsignal
am Eingang des Stempelreglers kk entsteht. Ein anderes Stromeingangssignal zum Stempelregler
kk wird vom Ausgang des Funktionsreglers 2Iv abgeleitet,
welches zur Anpassung der im System nach Fig.
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verwendeten Metallgegenstände an das Verfahren dient. Tatsächlich bestimmt der Stromsignalausgang des Funktionsreglers
die Stempelhafttemperatur, d.h. die Temperatur, auf der man den Stempel relativ zu einer gegebenen
Hohlformtemperatur zu halten wünscht, um die am besten geformten Glasgegenstände zu erzeugen und
gleichzeitig die geformten Gegenstände daran zu hindern, am Stempel zu haften, sobald der Stempel aus
der Hohlform abgezogen wird.
Wenn die vom Thermoelement kO erfühlte Temperatur
die Stempelhafttemperatur entsprechend dem Stromsignal
vom Funktionsregler 2k überschreitet, dann erregt das Ausgangssignal vom Stempelregler eine
Ventileinstellvorrichtung U6, um mechanisch ein Ventil U8 in einer Kühlluftleitung 50 zu steuern,
durch welche Kühlluft dem Stempel 1U zugeführt wird.
In diesem Fall wird das Ventil h8 geöffnet, so daß
ein größeres Kühlluftvolumen über die Rückseite des Stempels strömen kann. Wenn aus irgendwelchen Gründen
die Stempeltemperatur unter die Stempelhafttemperatur
fällt, dann ist das Ausgangssignal vom Stempelregler
kk von solcher Natur, daß die Einstellvorrichtung k6 im Sinne eines Schließens des Ventiles
k8 erregt wird, um die Menge der durch die Leitung 50 fließenden Kühlluft zu reduzieren. _
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Selbstverständlich kann man eine Reihe anderer Vorrichtungen
anstelle der Thermoelemente zur Feststellung der Hohlform- und Stempeltemperaturen verwenden.
Es hat sich gezeigt, daß sich auch Pyrometer besonders eignen, da sie die von den Formteilen abstrahlende
Wärmeenergie feststellen und ein Temperatursignal ohne physikalische Berührung mit den Formteilen liefern.
Fig. 2 zeigt eine Familie von Kurven, die das Verhältnis zwischen Stempeltemperatur und Hohlformtemperatur für
einige Vage tatsächliche Einstellungen des Funktionsreglers 2k wiedergeben. Während des Beginnes eines
Preßvorganges werden, wenn die Form noch kalt ist, die zuerst geformten verschiedenen Gegenstände wegen ihrer
schlechten Qualität infolge der geringen Temperatur von Hohlform und Stempel verworfen. Unter diesen Anlaufbedingungen
liegt der Ausgang des Stempelreglers kk derart, daß die Vent!!einstellvorrichtung k6 das
Ventil k8 in die voll geöffnete Stellung zwingt, so
daß auf den Stempel eine maximale Kühlung aufgebracht wird. Obwohl die Kurven die Möglichkeit der Herunterkühlung
des Stempels auf 0° zeigen, wird aus praktischen Gründen selbstverständlich eine solche Kühlung
nicht erreicht· Die automatische Temperaturregelung des Systems ist tatsächlich so ausgelegt, daß
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sie arbeitet, wenn die Formtemperatur annähernd 600 erreicht, in welchem Falle der Stempel so gekühlt wird,
daß er eine Temperatur von 500 bis 600°C, abhängig von
der durch die Kurven wiedergegebenen Funktionsreglerstellung, aufrechterhält. Jedoch hält während der Zeit,
in der sich die Form von ihrer Ausgangstemperatur auf 6oO°C erhitzt, das Steuersystem die Stempeltemperatur
merklich unterhalb der Formtemperatur, so daß der Glasgegenstand während des Anlaufüberganges nicht am Stempel
haftet«
Die eigentliche Einstellung des Funktionsreglers 2k wird durch einen Wähler 52 gesteuert, und durch den
Arbiter in Übereinstimmung mit dem besonderen Formgegenstand bestimmt. Für jeden verschiedenen Gegenstand
kann es notwendig sein, die konstante Arbeitstemperatur sowohl von Hohlform als auch von Stempel
zu verändern, um hochwertige Erzeugnisse herzustellen. Dies erfolgt durch Einstellung des Formtemperaturstellpunktes
am Regler 28 und Wähler 52 auf den Funktionsregler 2k.
Fig. 3 zeigt einen geeigneten Funktionsregler 2k, der
sich im System nach Fig. 1 verwenden läßt. Der Stromsignalausgang des Verstärkers 20 wird über einen Poten»
tiometerwiderstand 60 geleitet, bei dem es sich für den
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«AD ORIGINAL
tatsächlich im System verwendeten Strombereich von 10 bis 50 mA um einen 200 Ohm-10 Wicklungs-Widerstand
handelt. Die Funktionsreglereinstellungen entsprechen den verschiedenen Stellungen des Potentiometerschiebers
62 auf dem Widerstand 60. Diese Einstellungen sind auf dem Regler in willkürlichen Einheiten von
1 bis 0 entsprechend den extremen linken und rechten Stellungen des Schiebers kalibriert und werden durch
Drehen des Wählers 52 eingestellt. Die vom Schieber 62 abgegriffene Spannung läuft gegen ein 3-Volt-Potential
von einer Batterie 6h, wobei der Unterschied in den beiden Spannungen auf den Eingang eines üblichen
Spannungs-Strom-Wandlers 66 aufgegeben wird, der ein Stromsignal mit einem Bereich von 10 bis 50 mA
liefert, wie es vom Stempelfegler hk gefordert wird.
Dieses Stromsignal ist eine Funktion der Hohlformtemperatur, der Potentiometereinstellung und der
Batteriespannung. Das Stromsignal vom Funktionsregler 2k wird im'R&gler kk mit dem Stromsignalausgang des
Verstärkers k2 verglichen, um ein Steuersignal zu erzeugen, welches die Ventileinstellvorrichtung k6
zur Steuerung der auf den Stempel 1U aufgegebenen Kühlluft erregt. Infolgedessen wird der Stempel auf
der durch den Stromsignalausgang des Funktionsreglers 2U
angegebenen Temperatur gehalten.
• BAD 009887/0256
Claims (1)
- Patentansprüche1. Verfahren zur Formung eines Gegenstandes durch Einsetzen einer· Charge heißen, geschmolzenen Glasmaterials in eine Hohlform und Einpressen eines Stempels in die Hohlform, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hohlformund Stempeltemperatur eine vorbestimmte Differenz aufrechterhalten wird, so daß beim Abziehen des Stempels aus der Hohlform der geformte Gegenstand am heißeren Stempel bzw. der heißeren Hohlform haftet.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stempel- und Hohlform-Temperatur miteinander verglichen werden.3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, bei dem sich Stempel und Hohlform beim aufeinanderfolgenden Pressen fortschreitend bis zum Erreichen eines unzulässigen Wertes erhitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Formtemperatur festgestellt wird, die Form jtur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Temperatur gekühlt wird, die Stempeltemperatur festgestellt,Wird, Form- und StempeltemperaturBAD ORIGINAL 009887/0256miteinander verglichen verden und die Stempeltemperatur so viel kühler als die Formtemperatur gehalten wird, daß der Formgegenetand heim Abziehen des Stempels aus der Form nicht am Stempel haftet.Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, bei dem sich Stempel und Hohlform beim aufeinanderfolgenden Pressen fortschreitend bis zum Erreichen eines unzulässigen Wertes erhitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Formtemperatur festgestellt wird,'die Form zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Temperatur gekühlt wird, die Stempeltemperatur festgestellt wird, der Stempel gekühlt wird, Form- und Stempeltemperatur verglichen werden und die Kühlung des Stempels in Übereinstimmung mit der festgestellten Stempel Temperatur und dem Vergleichswert von Stempel- und Formtemperaturen gesteuert wird, um die Stempeltemperatur so ausreichend niedriger als die Formtemperatur zu halten, daß der Formgegenstand beim Abziehen des Stempels nach Beendigung eines Preßvorganges in der Form verbleibt.5. Automatisches Temperaturraegelsystem zur Vervendung in einem Glasformverfahren, bei dem ein Tropfen heißen, geschmolzenen Glases in eine Hohlform eingesetzt und ein Stempel in die Hohlform zur Herstellung EinesRAD 009887/0256Glasgegenstandes eingepreßt wird, gekennzeichnet durch eine erste Temperaturfühlvorrichtung zur Feststellung der Formtemperatur, durch eine zweite Temperaturfühlvorrichtung zur Feststellung der Stempeltemperatur, durch einen ersten, auf die erste Temperaturfühlvorrichtung ansprechenden Regler zur Steuerung der Kühlung der Form und Aufrechterhaltung der Formtemperatur auf einem vorbestimmten konstanten Wert, und durch einen zweiten Regler, der auf den ersten und den zweiten Fühler anspricht und lie Kühlung des Stempels steuert, um d*n Stempel auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten, die unterhalb der Form temperatur liegt, so daß der Formgegenstand beim Abziehen des Stempels aus der Hohlform nicht am Stempel haftet.6. System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Fühl-Yorrichtung an der Form bzw. am Stempel befestigte Thermoelemente sind.7· System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Fühl-Torrichtung die Strahlungewärmeenergie messende Pyrometer sind.009887/0256 Bad original
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