DE1596399A1

DE1596399A1 - Formgebendes Verfahren fuer thermoplastische Werkstuecke

Info

Publication number: DE1596399A1
Application number: DE19671596399
Authority: DE
Inventors: Hausheer Lawrence Bernard; Blanding Wendell Stuart; Bennet Robert William
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1966-12-21
Filing date: 1967-11-02
Publication date: 1971-03-04
Also published as: GB1185868A; BE708338A; FR1553891A; US3473909A; NL6715504A

Description

Formgebendes Verfahren für thermoplastische Werkstücke.

Die Erfindung betrifft ein formgebendes Verfahren für thermoplastische Werkstücke, insbesondere solcher Werkstücke, die zuvor aus einem thermoplastischen Material wie Glas geformt worden sind.

Bei der Formung von Werkstücken aus thermoplastischem Material, wie zum Beispiel Glas, wird die dem Werkstück bei der Formungsoperatian erteilte Form oftmals während des Abkühlens gestört bzw. verzerrt. Eine solche Verzerrung beruht auf ungleichmäßiger Wärmeverteilung in der benutzten Formungsvorrichtung und die darauf beruhende ungleichmäßige Hitzeverteilung in dem geformten Werkstück während der Verformung und während der Abkühlung der geformten Artikel. Der beispielsweise Glasartikel befindet sich während und nach der Formung in thermisch nicht ausbalancierten Bedingungen, welche während des Abkühlens zu einem ungleichmäßigen Schrumpfen des Glasartikels führen, womit eine Verzerrung der dem Arktikel ursprünglich gegebenen ?orm verbund·» ist* ^λ

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Bei vielen aus thermoplastischem Material geformten Werkstücken, wie Kochgefäßen aus Glas, Flaschen, Gefäße, Geschirr usw. mag das Ausmaß der Verzerrung so gering sein, daß sie vom menschlichen"Auge nicht feststellbar ist und daher nicht beanstandet werden kann. Diese Verzerrung beeinträchtigt die genannten Artikel daher nicht in ihrem vorgesehenen Gebrauchszweck. Bei einigen Artikeln aus thermoplastischem Material, wie insbesondere Glas, sind Jedoch die zulässigen Grenzen der Abwandlung von der vorgeschriebenen Form sehr eng. So dürfen beispielsweise optische Glaslinsen nur innerhalb sehr enger Toleranzen von der geforderten Form abweichen, um teure und langwierige Schleifoperationen möglichst auf ein Minimum zu beschränken.

Ferner müssen beispielsweise auch die Bildschirme von Kathodenstrahlröhren oder Fernsehröhren sich bezüglich ihrer Form innerhalb enger, vorgeschriebener Grenzen halten. Während und nach der Formung solcher Bildschirme durch eine Preßoperation kann die Form aufgrund der vorbeschriebenen Bedingungen bis über das zulässige Maß hinaus verzerrt werden, das heißt bis zu einem solchen Ausmaß verzerrt werden, daß die Bildschirme oder Tafeln sich nicht mehr innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzen der Abweichung von der idealen Grundform befinden. Um den Ausschuß herabzusetzen, das heißt, um die Anzahl von Bildschirmen su vermindern, die nach dem Ereßvorgang sich nicht inner- . halb der vorgeschriebenen Toleranzen halten, hat es sich ala sweckBlSig herausgestellt, die gepreßten Bild-

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schirme einer Nachverformung zu unterziehen, um ihre Verzerrung zu vermindern oder gar auszuschalten und damit die Anzahl der Schirme zu erhöhen, die sich innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzen befinden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht danach im wesentlichen in der Schaffung eines Verfahrens zum Nachverformen von thermoplastischen Werkstücken.

Weiter soll das erfindungsgemäße Verfahren dazu dienen, in ihrer Form verunstaltete Glaslinsen oder Fernsehbildschirme nachträglich in die richtige Form zu bringen.

Dabei kommt es besonders darauf an, daß diese Bachverformung mit einfachen, billigen und leistungsstarken Metallen erfolgt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der zu formende Gegenstand in passender Weise erhitzt wird und dann im Ganzen oder mit dem zu verformenden Teil gegen eine Form gepreßt wird, deren Oberfläche genau der gewünschten Idealform des Artikels entspricht. Der Artikel wird dabei mittels einer flexiblen, federnden oder elastischen Membran, die durch ein Druckmedium betätigbar ist, gegen die Form gepreßt. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es sei zuvor bemerkt, daß unter Druckmedium im Sinne der Erfindung sowohl Druckluft bzw. Druckgas als auch eine Druckflüssigkeit zu verstehen ist. 7.*

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Figur 1 - zeigt eine Draufsicht auf einen Apparat zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 2 - ist ein Schnitt nach der Linie II-II in Figur 1.

Figur 3 - zeigt ebenfalls im Schnitt verschiedene Stufen bei Durchführung des Verfahrens zum erfindungsgemäßen endformen eines thermoplastischen Artikels gegen eine kovexe Form.

Figur 4- - zeigt in der gleichen Darstellungsweise die Enä- bzw. Nachformung an einer konkaven Form.

Die Plattform bzw. der Arbeitstisch 1 besteht aus festem Material und wird erforderlichenfalls an seiner Unterseite durch Verstärkungsprofile 2 verstärkt. Die Plattform 1 trägt an ihrer Oberseite an einem Ende dreischenklige, aufrechte Ständer 3 und Die Ständer 3 und 4 sind im Abstand voneinander angeordnet. Ständer 3 hat an seinem oberen ¹SqII ein Lager 3a zur Aufnahme des einen Endes einer Achse 5j die einen Drehzapfen für eine Gelenkanordnung darstellt, die nachstehend im einzelnen diskutiert werden wird. Auch das Glied 4 (der Lagerbock 4) hat an seinem oberen Teil ein Lager 4a zur Aufnahme des anderen Endes der Achse 5· Die Lagerböcke 3 und 4 sind auf der Plattform 1 durch Schraubbolzen 6 oder dergl. gehalten, die sich durch Stützglieder und die Tafel hindurch erstrecken. An der Unterseite der Tafel 1 sind Schraubmuttern 7 auf die Bolzen 6 aufgeschraubt .

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Figur 1 zeigt eine leicht gewölkte runde Platte 1o aus starrem Material, wie Aluminium, Stahl oder dergl. mit einem äußerem Umfangsring 1oa. Die Platte 1o hat an ihrer oberen Oberfläche Verstärkungsrippen 11 und 12, die einander im Mittelpunkt rechtwinklig kreuzen, in welchem Kreuzungspunkt ein Durchgangskanal 13 vorgesehen ist. Die Rippen 11 und 12 sind zwar nicht unbedingt erforderlich, sie verstärken jedoch bei relativ geringem zusätzlichen Gewicht die_v Platte außerordentlich gegen Verzerrung und gestatten damit eine geringere Wandstärke der Platte 1o. An den Enden der Rippe 11 sind ein erster und ein zweiter Durchgang 16, 17 ausgebildet, die sich auch durch die Platte 1o hindurch erstrecken, aber kleineren Durchmesser als der Durchgang 13 im Zentrum der Platte haben. Auch die Verstärkungsrippe 12 hat an ihren Enden Durchgänge 18, 19 ähnlich den Durchgängen 16, 17 der Rippe 11. Auf den Zweck dieser Durchgänge wird weiter unten näher eingegangen werden. Die Platte 1o braucht nicht notwendig rund zu sein, sie kann beispielsweise auch elliptisch, rechteckig oder in anderer Form entsprechend dem jeweils nachzuformenden Artikel ausgebildet sein.

Der Außenrand 21a einer runden elastischen oder federnden, hitzebeständigen und undurchlässigen Membran 21 (Figur 2) vom selben Durchmesser wie die Platte 1o ist gegen die Unterseite 1ob des Randes 1oa der Platte 1o gedruckt und mittels Klemmring 22 und Klemmschrauben 23 an dem Außenrand 1ob der Platte 1o befestigt. Die Schrauben 23» von denen beispielsweise Vorzugs-

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weise acht in gleichmäßigem Winkelabstand vorgesehen sind, erstrecken sich durch den Klemmring 22, die Membran 21 und die Platte 1o hindurch. An ihren oberen, über die Oberseite des Randes 1oa hinausragenden Enden sind Muttern 24, aufgeschraubt, durch Festziehen dieser Muttern 24 wird der Rand 21a der Membran 21 zwischen Klemmring 22 und Unterseite 1ob des Randes 1oa der Platte 1o eingeklemmt, womit eine dichte Verbindung zwischen Membran 21 und Platte 1o erreicht ist. Diese Ausbildung ist leichtverständlich aus einer kurzen Betrachtung der Zeichnungen.

Die Platte 1o hat ferner zwei Hippen 26, 26a, die sich an einer Seite der Platte jenseits ihres Randes 1oa erstreckt und an ihren Enden ein Lager 26b trägt, durch welches die zuvor genannte Achse 5 sich erstreckt, mittels welcher die Platte 1o an den zuvor erwähnten Lagern 3a der Lagerböcke 3, 4 angelenkt ist. Durch diese Ausbildung wird die Platte 1o von den aufrechten Lagerböcken 3 und 4 gehalten, wobei die Platte 1o aus einer horizontalen Lage bis zu wenigstens einer vertikalen Lage schwenkbar ist. An der dem Lager 26b gegenüber liegenden Seite ist ein Ansatz 27 ausgebildet, der sich ebenfalls außerhalb des Randbereiches 1oa der Platte 1o erstreckt. Der Ansatz 27 bildet ein Auflager für einen Druckbolzen 28 einer noch zu beschreibenden Druckvorrichtung 29·

Die Plattform 1 trägt an ihrem, dem Lagerböcken 3ι 4 gegenüberliegenden Ende Stützen 32, 33, die beispielsweise an der Plattform angeschweißt sein können. Durch miteinander fluchtende

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Bohrungen am unteren Ende der vorgenannten Druck- bzw. Klammervorrichtung 29 sowie der Stützen 22, 33 ist ein Drehzapfen 34-hindurengesteckt, so daß die Klammervorrichtung 29 aus ihrer vertikalen Betriebslage herausschwenkbar ist. Durch einen Ansatz 29b am oberen Ende dea Druckarmes iot der genannte Druckbolzen 28 hindurchgeschraubt. Durch eine Gegenmutter 31 ist der Druckbolzen 28 in seiner Lage arretierbar. Das untere Ende des Bolzens 28 drückt gegen den Ansatz 27 an der Platte 1o. Damit wird auf die Platte 1o in horizontaler Lage ein Druck ausgeübt_T dessen Zweck nachfolgend näher erläutert werden wird.

Anhand der Figur 3 wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Dabei soll die Fläche 4-oa eines Bildschirmes 4-o einer runden Fernsehröhre aus Glas spannungsfrei nachgeformt werden. Zu diesem Zweck hat die Form 36 einen kreisförmigen äußeren Rand, der dem nach unten weisenden Rand 4-ob des Schirmes 4-0 entspricht, und eine konvexe Formfläche 36a, welche der Oberfläche 4-oa des Schirmes 4o entspricht. Die Plattform 1 trägt einen Ständer 37 mit Stützen 37a. Die Höhe der Form 36 und des Ständers 37 sind derart, daß die Oberfläche 36a der Form 36 sich oberhalb des Randes 1ob der Platte 1o befindet, wenn die Platte 1o sich in ihrer horizontalen Lage befindet. BiId^schirm 4o und Form 36 werden zunächst bis nahe an die Erweichungstemperatur aber unterhalb der Schmelztemperatur des Glases, aus dem der Schirm 4·ο hergestellt ist, geheizt, welche Heizung beispielsweise in einem passenden Ofen

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erfolgt. Form und Bildschirm können zusammen erhitzt ader auf Wunsch getrennt voneinander erhitzt und sodann zusammengefügt werden. Die E_rhitzungstemperaturen von Schirm und Form müssen bei getrenntem Erhitzen aber aufeinander abgestimmt werden, um Hitzeschocks zu vermeiden.

Vor oder während des Erhitzens von Bildschirm 4o und Form 36 wird die Klemmvorrichtung 29 um ihren Drehzapfen 34- herumgeschwenkt und das untere Ende des Druckbolzens 28 am oberen Ende der Vorrichtung 29 wird dabei von seinem Sitz an der Oberfläche des Ansatzes 27 des Randes 1oa der Platte 1o abgenommen, um die Platte freizugeben. Die Platte wird dann um ihren Drehzapfen 5 in vertikale Stellung geschwenkt. Nach Erhitzung von Bildschirm 4o und Form 36 wird die Form 36 auf den Ständer 37 aufgelegt, wobei die innere Oberfläche des Schirmes M-o auf der oberen Oberfläche 36a der Form 36 ruht. Die Überführung von Schirm 4-o und Form 36 aus ihren Erhitzungsapparaten erfolgt so schnell wie möglich, um Abkühlungen zu vermeiden. Die Platte 1o wirddann in ihre horizontale Stellung abgesenkt, wobei die flexible Membran auf der Oberseite des Schirmes 4o zur Auflage gelangt und dann gestreckt bzw. gespannt wird, um diese Oberfläche zu bedecken. Die Klemmvorrichtung 29 wird dann in Klemmstellung zurückgebracht, um ein Abheben der Platte 1o zu verhindern und die Platte 1o bzw. Membran 21 auf den Schirm niederzudrücken. In dieser Stellung ist die Vorrichtung in Figur 3 gezeigt.

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Fach dem Festklemmen der Platte 1o in der geschlossenen Stellung wird der Durchgang 13 der Platte 1o an ein Druckmedium, wie beispielsweise Druckluft angeschlossen. Das Druckmedium fließt in die Kammer 5o zwischen Unterseite Platte 1ο und Oberseite Membran 21 und preßt somit die Membran mit dem entsprechenden Druck nach unten gegen den Bildschirm. Durch das Druckmedium in Kammer 5° wird also die Membran 21 gegen den Bildschirm 4o und dieser gegen die Form 36 gepreßt. Der Bildschirm 4o erhält dadurch genau die Form der Form 36. Die Durchgänge 16 und 17 in Platte 1o (siehe Figur 4) dienen zum Anschluß an Kontrollventile 41, 42. In gleicher Weise werden an die Durchgänge 18 und 19 Kontrollventile bzw. Armaturen angeschlossen. Diese Ventile sind normalerweise geschlossen, sind aber bei Bedarf zu öffnen, um die Druckkammer 5o zu entlüften bzw. mit einem Sumpf oder Tank zu verbinden. Die Ventile 41, 42 können teilweise geöffnet sein, um das Druckmedium zum Kühlen von Membran und Bildschirm hindurchfließen zu lassen, sofern dabei nur der zur Formung erforderliche Druck aufrecht erhalten bleibt, natürlich kann Druck und Menge des Druckmediums erhöht werden, um einen kontinuierlichen Durchfluß zwecks allmählicher Abkühlung bei gleichzeitiger Formung zu erreichen.

Nachdem der Schirm 4o genau entsprechend der Oberfläche 36a der Form 36 in die vorgeschriebene Form gepreßt worden ist und auf eine formhaltende Temperatur abgekühlt worden ist, wird die Druckquelle von dem Durchgang 13 abgetrennt, die

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Platte 1o wieder in ihre vertikale Offenstellung geschwenkt, so daß der Schirm 4o-nun weiter abkühlen kann. Hierzu wird der Schirm vorzugsweise von der Form 36 abgenommen, um ein Haften an der Form zu vermeiden. Der Bildschirm 4o kann dann einem Vergütungsapparat aufgegeben werden oder auf Baumtemperatur abgekühlt und dann zur Vergütung wieder erhitzt werden.

Es sei bemerkt, daß daB erfindungsgemäße V_erfahren nur zur Erläuterung anhand eines Fernsehbildschirmes beschrieben wurde, daß es aber analog auf alle anderen Formlinge aus thermoplastisch formbarem Material anwendbar ist. Ein weiteres Anwendungsbeispiel wird daher in Verbindung mit Figur 4 beschrieben. Dabei soll eine aus Glas gegossene Konkav-Konvex-Linse 51 spannungsfrei auf die vorgesehene Form gebracht werden. Hierzu hat die Form 46 auf ihrer Oberseite 46a die für die Linse 51 gewünschte Gestalt. Form und Linse werden,wie vorstehend in Verbindung mit dem Bildschirm 4o beschrieben, erhitzt und dann auf den Ständer 37 aufgesetzt. (Siehe Figur 4). Die Platte 1o wird dann abgesenkt und mittels Klemmvorrichtung 2°/ festgeklemmt, über Einlaß 13 wird Druckmedium in die Druckkammer 5o eingeführt, um die Membran 21 nach unten auf die Oberfläche der Linse 46 zu pressen, wobei die Linse 46 gegen die Oberfläche der Form 46 gepreßt wird. Die Linse 46 wird dabei spannungsfrei auf die gewünschte Form der Oberfläche 46a gebracht. Je nach den Verhältnissen können die Ventile 41, 42 zum Abkühlen der Membran 21 und Linse 26 geöffnet werden, wobei das Druckmedium unter konstantem Druck durch die Kammer 5o fließt. Sobald die Linse

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soweit abgekühlt ist, daß sie in ihrer lorm fixiert ist, kann sie aus der Vorrichtung entfernt werden, wie vorstehend im Zusammenhang mic dem Leuchtschirm 4o beschrieben.

Die erfindungsgemäße Verformung bzw. nachträgliche Verformung eines Werkstückes aus thermoplastischem Material mittels einer durch ein Druckmedium beaufschlagbaren Membran 21 unter Erhitzung des Werkstückes auf die Erweichungstemperatur hat große Vorteile gegenüber der bisherigen Verwendung von mechanischen Pressen. Der Hauptvorteil besteht darin, daß der gegen den thermoplastischen Preßling angewendete Druck durch die elastische Membran gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Preßlings verteilt wird. Hi\; anderen Worten, der Druck an jedem beliebigen Punkt der Oberfläche des Preßlinges ist genau gleich dem Druck an jedem anderen Punkt der Oberfläche. Der zu verformende Artikel wird also auf seiner gesamten Oberfläche ein und dem gleichen Druck ausgesetzt. Anhand der vorbeschriebenen zwei Anwendungsbzw. Ausführungsbeispiele der Erfindung ist klar, daß die Erfindung zur Verformung bzw. spannungsfreien endgültigen Formung von einer Vielzahl unterschiedlicher Artikel aus Glas oder anderen thermoplastischem Material anwendbar ist.

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Claims

8 Mönchen 23, den 2. November 1967 LEOPOLDSTR. 20/iv K/stg (Concordiahaus) Telefon 331451 Telegrammanschrift: lsarpatent Pat ent ansprüclie

1) Verfahren zum Formgeben von Werkstücken aus thermoplastischem Material wie Glas, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling

A. auf nahe die Erweichungstemperatur aber unterhalb der Schmelztemperatur erhitzt wird,

B. daß der erhitzte Formling auf bzw. in eine erhitzte Form gelegt wird, deren Oberfläche der für den Formling gewünschten Form entspricht,

C. daß eine federnde, gasdichte Membran auf die andere Seite des Formlings/aufgelegt wird,

D. daß sodann die andere Seite der Membran mit einem Druckmedium zum Druckbeaufschlagen des Formlinges beaufschlagt wird,

E. daß der Druck während des Abkühlens des Formlinges auf eine die Form fixierende Temperatur aufrecht erhalten wird,

F. daß sodann der Druck aufgehoben, die Membran vom Formling abgehoben und der Formling aus der Form herausgenommen wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling anschließend durch Wärmebehandlung vergütet wird.

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3) Verfahren nach Anspruch. 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet» daß bei Anwendung des Verfahrens auf dem Bildschirm einer fernsehröhre die innere Oberfläche des Bildschirmes auf die Form aufgelegt wird.

4-) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Formung von Glaslinsen.

5) Verfahren nach Anspruch 1 zur Formung eines Formlinge aus Glas, gekennzeichnet durch

A. Erhitzung wenigstens des zu verformenden Bereichs des Glasartikels auf nahe die Erweichungs- aber unterhalb der Schmelztemperatur des Glases,

B. Auflegen einer Oberfläche des erhitzten Formlinge auf eine erhitzte Form,

G. Auflegen einer federnden bzw. elastischen, druckmitbeidichten Membran gegen die andere Seite des Formlinges, welche Membran längs ihres Umfanges dicht mit der einen Seite einer Platte verbunden ist, wobei der Raum zwischen der Platte und der Membran an eine Bruckmittelquelle anschließbar ist,

D. Verbindung des Druckraumes mit einer Druckquelle zum Anpressen der Membran gegen den Formling und damit des Formlinge gegen die Form,

E. Aufrechterhalten des Druckes bis zum Abkühlen des Form linges auf eine Temperatur, bei welcher die Form fixiert; ist,

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F. Ablassen des Druckes, Entfernen der Membran und Herausnehmen des geformten Formlinge aus der Form.

6) Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgeformte Formling anschließend vergibst wird.

7) Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Anwendung auf Bildschirme für Fernsehröhren und optische Glaslinsen.

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