DE1596355A1

DE1596355A1 - Automatische Temperatursteuerung fuer Glasschmelzverfahren

Info

Publication number: DE1596355A1
Application number: DE19661596355
Authority: DE
Inventors: Pitbladdo Richard Bruce
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1965-01-07
Filing date: 1966-01-07
Publication date: 1971-02-11
Also published as: NL6516661A; ES321485A1; BE674851A; GB1107471A; SE315985B; JPS509804B1; US3372017A; FR1462865A

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.

Ein durch die bekannten Verfahren bis jetzt jedoch

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,

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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^ :

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Wiedergabe

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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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.

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Claims

Patentansprüche

1. 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 Stempeltemperatur

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miteinander 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 Eines

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Glasgegenstandes 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.

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