DE19722921A1 - Verfahren zur Herstellung von Hohlglas-Formkörpern und zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Hohlglas-Formkörpern und zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlglas-
Formkörpern, wie Becher, Kelche oder dergleichen durch Blasformen eines
geschmolzenen Glaspostens.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung
von Hohlglas-Formkörpern wie Becher, Kelche, oder dergleichen, mit einer
Blasformstufe, bestehend aus einem Blaskopf mit einem Blas-Arbeitsring, einer
Blaseinheit, einer Form und einem Bodenteller, in der ein geschmolzener
Glasposten zu dem gewünschten Hohlglas-Formkörper formbar ist, und mit
einer Entnahmestufe enthaltend Einrichtungen zur Entnahme des Hohlglas-
Formkörpers aus der Blasformstufe, sowie zur Übergabe an den Folgeprozeß.
Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Hohlglas-Formkörpern wird
das Ausgangsglas in einem Wannenbetrieb-Glasschmelzprozeß aufbereitet.
Dieser Wannenbetrieb und der nachgeschaltete Hohlglas-Produktionsprozeß
sind unmittelbar miteinander verbunden, so daß Wechselwirkungen der
folgenden Art auftreten:
- - Ungleichmäßiger Wannenbetrieb bzw. Wannenauslastung je nach Gewicht der Produkte.
- - Bei Produktionswechsel (Umrüsten) der Produktionsmaschinen ist eine Anpassung der Wannenleistung notwendig, wodurch zusätzliche Ungleichmäßigkeiten im Schmelzprozeß auftreten.
- - Da eine Wanne mehrere Produktionslinien speist, kann nur Klarglas in der Wanne erschmolzen werden, welches erst unmittelbar vor dem Einspeisen in die jeweilige Produktionsmaschine in einem aufwendigen, komplexen Prozeß eingefärbt werden kann.
- - Die Produktwechselzeit ist mit abhängig von der Größe der Gewichtsdifferenz der aufeinanderfolgenden Produkte, da dadurch die Dauer des Überführens der Speiseeinrichtungen in den neuen stabilen Betriebszustand erheblich beeinflußt wird.
Bei kleiner werdenden Losgrößen steigt die Zahl der Produktionswechsel.
Entsprechend sinkt die Wirtschaftlichkeit der Produktion. Zusätzlich erfordern
die heutigen Produktionsmaschinen, da sie ursprünglich auf die Produktion von
großen Losgrößen ausgelegt sind, einen hohen Aufwand an Formen und
Werkzeugen für das jeweilige Produkt, verbunden mit einem entsprechenden
Personal- und Betriebsmitteleinsatz.
Die bisherige Art der maschinellen Kelchglasproduktion verursacht darüber
hinaus u. a. einen hohen Anteil an Restglas, der bis zu mehr als 50 Gew.-%
betragen kann. Dieses Restglas (Scherben) erfordert aufwendige Transport- und
Zuführungseinrichtungen zwecks Rückeinschmelzen in der Wanne und bedingt
dort einen zusätzlichen Wärmeenergieaufwand.
Die einzelnen Produktionsmaschinen einer Produktionslinie sind bei den
bekannten Verfahren und Vorrichtungen miteinander verkettet und erfordern
eine dementsprechende Abstimmung. Mit steigender Anzahl von
Verkettungseinrichtungen steigt auch die Bruchrate, da jedes Handling von
Glas Bruchgefahr in sich birgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren
so zu führen bzw. die eingangs bezeichnete Vorrichtung so aufzubauen, daß
eine wirtschaftlichere Herstellung von Hohlgläsern möglich ist. Die
Herstellung dieser Hohlgläser soll dabei von dem Wannenbetrieb-
Glasschmelzprozeß unabhängig betrieben werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung für das Verfahren mit
den Schritten:
- - Herstellen von Glasrohlingen in Form von konfektionierten Halbzeugen in einer eigenen separaten Fertigungslinie,
- - Lagern und Bevorraten der Halbzeuge,
- - Zufuhr der Halbzeuge aus der Bevorratung an die Fertigungslinie für das Ausformen des Hohlglas- Formkörpers unter Vorwärmen der Halbzeuge,
- - Bereitstellen der vorgewärmten Halbzeuge für eine weitere Erwärmung,
- - Erhitzen des Halbzeuges auf Blastemperatur, durch eine weitere Erwärmung
- - Formblasen des Hohlglas-Formkörpers in einer Blasform mit Unterstützung des geblasenen Hohlglas-Formkörpers durch einen Bodenheber,
- - Entnahme des Hohlglas-Formkörpers aus der Blasform und Übergabe an den Folgeprozeß.
Hinsichtlich der Vorrichtung gelingt die Lösung der Aufgabe durch
- - eine Stufe mit Lagerungs- und Transporteinrichtungen zum Bevorraten und Zuführen von zwischengelagerten Halbzeugen für den zu formenden Hohlglas-Formkörper, die zuvor in einer eigenen separaten Vorrichtung hergestellt sind,
- - eine nachgeschaltete Vorwärmstufe mit Wärmeeinrichtungen zum Vorwärmen der Halbzeuge,
- - eine Stufe mit Transporteinrichtungen zum Bereitstellen der Halbzeuge an einer Halbzeug-Erwärmstufe mit Wärmeeinrichtungen zum weiteren Erwärmen der Halbzeuge zumindest auf eine Temperatur nahe der Blastemperatur, und
- - durch eine Übergabestufe mit Einrichtungen zum Ablegen der in der Halbzeug-Erwärmstufe weiter erwärmten Halbzeuge in die Blasformstufe.
Dadurch, daß der Glasrohstoff in Form von auf das zu fertigende Produkt
abgestimmten Halbzeugen, die auf Vorrat in einem separaten Prozeß hergestellt
werden, und die erst unmittelbar vor dem Blasprozeß in einem separaten
Durchlaufofen auf die notwendige Blastemperatur erhitzt werden, ist ein
gleichmäßiger Wannenbetrieb möglich mit gleichbleibenderer Schmelzqualität.
Auch ist eine einfache Umstellung der Hohlglasfertigung von Klarglas auf
Farbglas möglich.
Die Erfindung bedingt mit Vorteil auch eine zeitliche, örtliche und
organisatorische Unabhängigkeit des Wannenbetriebes von der Fertigungslinie
des Hohlglas-Formkörpers. Der Hohlglasfertigungsprozeß kann in einem
überschaubaren, wenig kostenintensiven Umfeld durchgeführt werden, wodurch
eine hohe Flexibilität in der Standortwahl erreicht wird. Der technologie- und
investitionsintensive Wannenbetrieb kann unabhängig vom
Hohlglasfertigungsprozeß auch ortsfern betrieben werden.
Durch die Erfindung kann die Wanne dreischichtig ohne Umrüstpausen zur
Herstellung der Halbzeuge verwendet werden. Es ist dabei eine flexiblere
Fertigung kleiner Losgrößen möglich. Es ergibt sich auch die Möglichkeit der
Erprobung neuer Techniken/Technologien an einzelnen Funktionsmodulen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, ohne den gesamten Produktionsprozeß zu
stören. Auch eröffnet die Erfindung Möglichkeiten zur Einsparung von
Personal, Material, Energie und Formenkosten.
Für das Ausbilden und Herstellen von Glasrohlingen in Form von
konfektionierten Halbzeugen für das Formblasen in einer eigenen separaten
Fertigungslinie sind mehrere Möglichkeiten denkbar, von denen einige
nachstehend dargestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht eine erste Möglichkeit in
einer indirekten Halbzeug-Herstellung durch Ausstechen (Stanzen) oder
Schneiden von runden flachen Glasscheiben aus einem Flachglas als Halbzeug
für das Formblasen.
Die Vorteile dieser Möglichkeit sind:
- - Einfacher Fertigungsprozeß, einfacher Transport und einfache Bevorratung von Halbzeugen.
- - Gute, einfache Handhabung der flachen Halbzeuge.
- - Aufsplittung der Halbzeugherstellung örtlich getrennt in den Flachglas- Rohling und die eigentlichen Halbzeugherstellung.
Zu berücksichtigen sind dabei allerdings
- - die technologisch aufwendige Halbzeugherstellung,
- - der Glasverschnitt nach dem Ausschneiden oder Ausstanzen, der wieder rückgeschmolzen werden muß,
- - die Zerstörungs- und Beschädigungsgefahr des Halbzeuges beim Transport.
Eine weitere Möglichkeit besteht gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in
einer direkten Halbzeugherstellung durch Gießen einer flachen Tablette in einer
Form im Anschluß an das Aufschmelzen eines Glasrohstoffes als Halbzeug für
das Formblasen.
Die Vorteile dieser zweiten Möglichkeit sind:
- - Einfacher Fertigungsprozeß (üblicher Wannenbetriebs- Glasschmelzprozeß), einfacher Transport und einfache Bevorratung von gegossenen Halbzeugen.
- - Gute, einfache Handhabung und Bevorratung flacher Halbzeuge.
Zu berücksichtigen ist dabei allerdings die Zerstörungs- und
Beschädigungsgefahr des Halbzeuges beim Transport.
Eine dritte Möglichkeit besteht gemäß einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung im Gießen einer in bezug auf den herzustellenden Hohlglas-
Formkörper formoptimierten profilierten Tablette.
Die Vorteile sind:
- - Einfacher Fertigungsprozeß der formoptimierten, profilierten Tablette (üblicher Wannenbetrieb).
- - Blasoptimierter Prozeß ist möglich.
Zu berücksichtigen sind die:
- - Zerstörungs- und Beschädigungsgefahr des Halbzeuges beim Transport.
- - Schwierige Handhabung und Lagerung des profilierten Halbzeuges.
Eine vierte Möglichkeit besteht gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in
der Herstellung eines formoptimierten Halbzeuges in einem Halbzeugträger.
Diese Möglichkeit ist gekennzeichnet durch eine direkte Herstellung eines in
bezug auf den herzustellenden Hohlglas-Formkörper formoptimierten
Halbzeuges durch Ausgießen eines Halbzeugträgers mit einer optimierten
Innenform mit Glasrohstoff aus einer Schmelze, wobei das Halbzeug in den
folgenden Schritten bis zum Abtrennen des geblasenen Hohlglas-Formkörpers
in dem Halbzeugträger verbleibt und mit diesem eine Verarbeitungseinheit
bildet.
Der Halbzeugträger ist dabei bevorzugt ein entsprechend gestalteter Ring,
wobei in der Blaseinheit der Blasformstufe eine Aufnahme für den
Halbzeugträger als Arbeitsring beim Formblasen vorgesehen ist.
Die Vorteile dieser Möglichkeit sind:
- - Schutz des Halbzeuges vor Zerstörung und Beschädigung durch den umgebenden Halbzeugträger.
Es ist ein blasoptimierter Prozeß möglich. Bei optimierter Innenkontur
des ringförmigen Halbzeugträgers kann das verlorene Restglas um bis
zu 50% gemindert werden.
- - Einfacher Fertigungsprozeß, einfache Transportautomatisierung und Stapelbarkeit des Halbzeuges.
- - Einfache Handhabung bei Handlingsvorgängen durch standardisierte geometrische Gestalt des Halbzeugträgers.
- - Nutzung des Ringes als Arbeitsring während des Blasprozesses.
- - Ersatz für Überglas, dadurch weniger Glasvolumen im Umlauf.
Zu berücksichtigen sind dabei allerdings:
- - Die Bereitstellung des Halbzeugträgers.
- - Die Notwendigkeit des Trennvorganges von Halbzeug und Halbzeugträger.
- - Der Aufbereitungs- und Entsorgungsaufwand des Halbzeugträgers.
Bei der Herstellung von Hohlglas-Formkörpern in Form von Kelchen mit
einem Stiel ergeben sich verschiedene Möglichkeiten für das Zusammenführen
und Verbinden von Stiel und Kelch. Gemäß einer ersten Weiterbildung der
Erfindung ist das Verfahren gekennzeichnet durch das Zusammenführen und
Verbinden von extern als Halbzeug gefertigten Stielen mit dem formgeblasenen
Kelch in der Blasform.
Bei einem derartigen Verfahren ist die Fertigung der Stiele unabhängig von der
Hohlglasproduktion.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Verfahren
gekennzeichnet durch das Zusammenführen und Verbinden von innerhalb der
Fertigungslinie gefertigten Stielen mit den formgeblasenen Kelchen in der
Blasstation.
Bei einer derartigen Ausführungsform entfällt die Bevorratung von Stiel-
Halbzeugen und ein wesentlicher Aufwand für die Zufuhr dieser Halbzeuge in
den Produktionsprozeß.
Das weitere Erhitzen des Halbzeuges auf Blastemperatur kann ebenfalls auf
verschiedene Weise erfolgen. Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung
erfolgt dieses weitere Erhitzen in zwei Stufen, nämlich durch eine erste weitere
Erwärmung kurz vor der Blasstation mit anschließender Übergabe des noch
nicht plastischen Halbzeuges an diese Station und durch eine zweite weitere
Erwärmung des Halbzeuges auf Blastemperatur in dieser Station.
Diese Ausführungsform erleichtert das Handling des Halbzeuges in die
Blasstation.
Es ist gemäß einer alternativen Ausführungsform auch denkbar, daß das
Erhitzen des Halbzeuges auf Blastemperatur in einem einzigen Schritt in einer
gesonderten Vorrichtung erfolgt mit Übergabe des plastifizierten Halbzeuges an
die Blasstation.
Da das Handling von plastifiziertem Glas nicht ohne Probleme ist, ist bei
dieser Alternative die Übergabe des Halbzeuges an die Blasstation nicht
unproblematisch.
Wenn die gewünschte Fertigungstiefe ein Abtrennen des Überglases vom
restlichen Hohlglas-Formkörper vorsieht, wird dies vorzugsweise in der
Blasstation nach Öffnung der Form mittels eines Laserstrahles durchgeführt.
Bei einer derartigen Verfahrensführung entfällt eine weitere Randbearbeitung
des Hohlglas-Formkörpers.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der
Bevorratungsstufe und der Vorwärmstufe einer Halbzeug-Kontrollstufe mit
Einrichtungen zur Zustandskontrolle der Halbzeuge eingeschaltet.
Dadurch wird gewährleistet, daß nur die für die Produktion geeigneten
Halbzeuge der weiteren Fertigung zugeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die
Wärmeeinrichtungen in der Vorwärmstufe durch einen Durchlauf-Wärmeofen
mit Strahlungsbrennern oder dergleichen gebildet.
Dadurch können in der Vorwärmstufe die üblichen Wärmeeinrichtungen
verwendet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Transporteinrichtungen
in der Stufe zum Bereitstellen der Halbzeuge durch Schieber in Verbindung mit
einer Rutsche oder durch einen Greifarm gebildet.
Dadurch ist die Bereitstellung der Halbzeuge mit einfachen Mitteln möglich.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die
Wärmeeinrichtungen in der Halbzeug-Erwärmstufe alternativ durch einen
Wärmestrahler, einen Gas- oder Gas/Sauerstoffstrahler oder
Mikrowellenstrahler gebildet, die in einer weitgehend geschlossenen Kammer,
vorzugsweise unterhalb der Halbzeuge, angeordnet sind.
Dadurch ist eine Erwärmung des Kernbereiches des Glasrohlings unter
Minimierung von Wärmeverlusten mit einfachen Mitteln möglich.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Wärmeeinrichtungen in der
Halbzeug-Erwärmstufe so ausgelegt, daß die Halbzeuge auf eine Temperatur in
der Nähe der Blastemperatur, vorzugsweise auf 900°C, erwärmt werden, mit
Aufheizung auf die Blastemperatur in den Blaskopf der nachgeschalteten
Blasformstufe durch Einsatz eines Lasers mit Strahlzufuhr durch eine Bohrung
im Blaskopf für die Zufuhr der Druckluft.
Diese zweistufige Aufheizung auf Blastemperatur hat den Vorteil, daß die
Halbzeuge erst unmittelbar in der Blasformstufe plastifiziert werden und bis
dorthin auch einfacher zu händeln sind.
Alternativ zu dieser Ausführungsform können die Wärmeeinrichtungen auch so
ausgelegt sein, daß die weitere Erwärmung auf Blastemperatur in einem
einzigen Schritt in einer gesonderten Vorrichtung parallel zum Blasprozeß
erfolgt.
Diese Variante hat den Vorteil, daß sie den Haupttakt nicht verlängert.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Einrichtungen in der
Übergabestufe durch einen Schwenkarm mit Greifer gebildet.
Diese Einrichtungen erlauben eine einfache Möglichkeit für die Übergabe des
erhitzten Halbzeuges an die Blasformstufe.
Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen werden die einzelnen
Prozeßschritte auf mehreren hintereinander angeordneten, räumlich
voneinander getrennten Maschinen durchgeführt. Diese Konzeption ist mit
Nachteil sehr personalintensiv, bedingt beim Transport von einer Maschine zu
der anderen einen relativ hohen Glasbruch, erfordert verhältnismäßig hohe
Rüstzeiten von etwa 1,5 Stunden, weil die Blasmaschine und zuarbeitende
Maschinen abhängig voneinander auf ein anderes Produkt eingerichtet werden
müssen und erst dann wieder mit der Produktion begonnen werden kann, wenn
der längerdauernde Umrüstvorgang beendet ist, einen relativ hohen
Energieverbrauch zum Glasschmelzen, da verhältnismäßig viel Bruchglas und
Überglas in die Schmelzwanne zurückgeführt werden muß, das erneut
aufgeschmolzen werden muß und bedingt nicht zuletzt hohe Formenkosten, da
eine große Anzahl von Formensätzen unabhängig von der Losgröße des zu
fertigenden Hohlglasartikels bereitgehalten werden müssen.
Diese Nachteile lassen sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
vermeiden, wenn die Stufen der Halbzeugbereitstellung, der
Halbzeugerwärmung, der Blasformung und der Entnahme als eigenständige
Funktionsmodule ausgebildet sind und das Grundgerüst einer modular
aufgebauten Fertigungseinheit bilden, dem weitere Module, wie
Stielzuführung, Stielpressen, Abtrennen von Überglas, optional hinzufügbar
sind.
Eine besonders kompakte Produktionseinrichtung läßt sich herstellen wenn
dabei mehrere Fertigungseinheiten modular zu einer Sektion kombiniert sind
und mehrere Sektionen zu einer Produktionseinrichtung zusammengeschaltet
sind. Dabei können alternativ jede Fertigungseinheit mit einzelnen
Funktionsmodulen bestückt sein oder mehrere Fertigungseinheiten gemeinsame
Funktionsmodule aufweisen. Ein klarer Materialfluß ergibt sich dabei, wenn
hinter den Fertigungseinheiten die Stufen der Halbzeug-Bevorratung, der
Halbzeug-Kontrolle und der Halbzeug-Vorwärmung angeordnet sind sowie
quer vor den Fertigungseinheiten und längs zur Produktionseinrichtung eine
Abtransporteinrichtung für den gemeinsamen Abtransport der hergestellten
Hohlglas-Formkörper sowie eine automatische Formenwechseleinrichtung
vorgesehen ist. Im bekannten Fall erfolgte dabei der Formenwechsel manuell.
Die vorstehend gekennzeichnete, modular aufgebaute Produktionseinrichtung
besitzt eine Reihe von Vorteilen.
Bedingt durch die erhöhte Automatisierung beim Formwechsel und durch die
Zusammenfassung von aufeinanderfolgenden Prozeßschritten auf nur einer
Fertigungseinrichtung sind erhebliche Personaleinsparungen möglich.
Der Glasbruch wird deutlich vermindert, da Transportwege zwischen den
Prozeßschritten entfallen, an denen jetzt Ausfälle durch Bruch stattfinden.
Der modulare Aufbau der Fertigungseinrichtung, bei der jede Fertigungseinheit
autark arbeitet, hat bei der Umrüstung auf ein anderes Produkt folgende
Vorteile: An den zuerst umgerüsteten Fertigungseinheiten kann bereits
produziert werden, während weitere Stationen umgebaut werden
(sektionsweiser Produktionsablauf). Der prozeßbedingte Formenwechsel wird
automatisch durchgeführt. Durch diese verkürzte Rüstzeiten bei der
erfindungsgemäßen Anlage sind die Produktionsverluste durch Umrüstarbeiten
merklich geringer als bei den Verfahren nach dem Stand der Technik.
Durch die bessere Ausnutzung des Rohglases kann der Energieverbrauch zum
Glasschmelzen gemindert werden da weniger Bruch- und Überglas in die
Schmelzwannen zurückgeführt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Produktionseinrichtung kann die Formenanzahl auf
die Losgröße des zu fertigenden Hohlglas-Artikels abgestimmt werden, da auf
den modularen Fertigungseinheiten auch verschiedene Formen gleichzeitig
eingesetzt werden können. Bei Formensätzen geringerer Stückzahl brauchen
außerdem weniger Formen als Ersatz bereitgestellt werden. So kann
beispielsweise bei der Fertigung von Kelchen mit Stielen durch eine vom
Blasprozeß unabhängige Stielfertigung die Formenanzahl auf die Losgröße
abgestimmt werden, unabhängig vom Kelch, der später hinzugefügt wird. So
können Stiele in hohen Stückzahlen gefertigt werden, die später mit
verschiedenen Kelchen ein Stielglas bilden, da in einer Glasserie
unterschiedliche Kelchformen gleiche Stielgeometrien haben können. Dadurch
wird die Formenausnutzung optimiert, die umso besser wird, je größer die
Losgröße ist. Außerdem können die Wartungsintervalle deutlich verlängert
werden.
Durch dieses Konzept können daher im Bereich der Preß- und Blasformen
beträchtliche Einsparungen erzielt werden.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der
Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Produktionsablaufes bei der Herstellung eines Bechers als
Hohlglas-Formkörper,
Fig. 1A einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 betreffend die
Blasstation,
Fig. 1B ein Lagern und Bevorraten der Halbzeuge einschließlich deren
Zufuhr gemäß einer ersten Ausführung mittels eines
Förderbandes,
Fig. 1C eine zur Fig. 1B alternative Ausführung der Halbzeug-
Bevorratung mit einem Schieber,
Fig. 1D die Vorwärmung der Halbzeuge in einem Vorwärm-
Durchlaufofen,
Fig. 1E die Bereitstellung der vorgewärmten Halbzeuge für eine weitere
Erwärmung mit einer Schieberanordnung über eine Rutsche,
Fig. 1F alternativ die Halbzeug-Bereitstellung mit einem Greifsystem,
Fig. 1G das Erwärmen des Halbzeuges auf Blastemperatur mit einer
unterhalb des Halbzeuges angeordneten Strahlungsquelle,
Fig. 1H die endgültige Erwärmung des Halbzeuges auf Blastemperatur
innerhalb des Blaskopfes durch einen kombinierten Blaskopf
Strahlen/Blasen,
Fig. 1J die Erwärmung auf Blastemperatur parallel zum Blasprozeß,
Fig. 1K eine Ausschnittsvergrößerung aus der Blasstation mit der
bevorzugten Variante, bei der der Halbzeugträger auch den
Blasring bildet,
Fig. 2 in verschiedenen Zuständen A bis G die Herstellung eines
formoptimierten Halbzeuges durch Ausgießen eines
Halbzeugträgers mit Glasrohstoff aus einer Schmelze, wobei das
Halbzeug in den folgenden Schritten bis zum Abtrennen des
geblasenen Hohlglas-Formkörpers in dem Halbzeugträger
verbleibt,
Fig. 3 ein Halbzeug in Form einer flachen Tablette, die gemäß der
Variante A durch Gießen in einer Form, gemäß der Variante B
durch Ausstechen (Stanzen) aus einem Flachglas oder gemäß der
Variante C durch Schneiden aus einem Flachglas hergestellt
wird,
Fig. 4 eine formoptimierte profilierte Tablette als Halbzeug, die gemäß
der Variante A durch Gießen in einer Form oder gemäß der
Variante B durch Sintern hergestellt wird,
Fig. 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Produktionsablaufes bei der Herstellung von Kelchen mit Stiel,
Fig. 5A eine Ausschnittsvergrößerung der Blasstation der Fig. 5 unter
Darstellung der Abtrennung des Überglases mit einem Laser,
Fig. 5B ebenfalls eine Ausschnittsvergrößerung betreffend die Blasstation
der Fig. 5 unter Darstellung der Verbindung des Stieles mit dem
Kelch,
Fig. 5C eine schematisierte Darstellung der Abtrennung des Überglases
mittels eines Lasers,
Fig. 5D in einer schematisierten Darstellung die Zustände in der
Blasform nach Abtrennung des Überglases
Fig. 6 den modularen Aufbau der erfindungsgemäßen
Produktionseinrichtung gemäß einer ersten Alternative,
Fig. 7 den modularen Aufbau der erfindungsgemäßen
Produktionseinrichtung gemäß einer zweiten Alternative,
Fig. 8 die Gesamtkonzeption der Produktionseinrichtung mit den
Peripheriesystemen,
Fig. 9 den Abtransport der Hohlglas-Formkörper bei den modularen
Produktionseinrichtungen gemaß den Fig. 6 und 7,
Fig. 10 eine schematisierte Darstellung für den automatischen
Formenwechsel in den Produktionseinrichtungen nach den Fig.
6 und 7, und
Fig. 11 eine schematische Darstellung der Erwärmung eines Halbzeuges
nach Fig. 4 mittels eines Mikrowellensystems.
Die Fig. 1 mit der Ausschnittsvergrößerung nach Fig. 1A und den
Zusatzdarstellungen nach den Fig. 1B bis 1K zeigen eine vorteilhafte
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Hohlglas-Formkörpern 1,
hier in Form von Bechern, arbeitet.
Das Ausgangsprodukt für die Herstellung der Becher 1 sind Glasrohlinge in
Form von konfektionierten Halbzeugen 2, die an der mit dem Pfeil
gekennzeichneten Stelle A einer Halbzeugbevorratung BV der
Produktionseinrichtung zugeführt werden.
Vor Produktionsbeginn und während der Produktion der Becher 1 werden die
in einer separaten Fertigungslinie hergestellten Halbzeuge 2 aus einem
Halbzeuglager automatisch entnommen und der Halbzeugbevorratung BV
zugeführt. Sie dient als Puffer zwischen Lager und Produktionseinrichtung und
befindet sich in der Nähe der Produktionseinrichtung.
Die separate Herstellung der Halbzeuge 2, hier in Form eines formoptimierten
Halbzeuges in einem ringförmigen Halbzeugträger 3, wird später noch anhand
der Fig. 2 bis 4 näher erläutert.
Aus der Bevorratung BV werden die Halbzeuge einzeln der dahinter
angeordneten Halbzeugkontrolle K zugeführt.
Die Halbzeuge 2 können stapelweise liegend oder stehend bevorratet werden.
Der vorderste Stapel steht auf einem Platz, von dem aus die Halbzeuge einzeln
an die nachfolgende Kontrolleinheit K übergeben werden. Dies kann z. B.
realisiert werden durch ein Band gemäß Fig. 1B, auf dem die Stapel zur
Vereinzelung transportiert werden oder durch den Transport über eine ebene
Fläche gemäß Fig. 1C durch gegenseitiges Weiterschieben der Stapel.
In der Halbzeugkontrolle K werden die Halbzeuge bei Raumtemperatur einzeln
auf Gewicht, Größe und Zustand (Bruch etc.) automatisch kontrolliert und
sortiert. Nur die für die Produktion geeigneten Halbzeuge werden der weiteren
Fertigung zugeführt. Die Kontrolleinheit K ist ein in sich geschlossenes
System. bei dem die Halbzeuge 2 einzeln getaktet hinein- und
heraustransportiert werden. Die Einheit kann mit verschiedener Meßtechnik,
z. B. mit Wägezellen zur Gewichtskontrolle oder einer Kamera zur
Zustandskontrolle ausgerüstet werden.
Die Halbzeuge 2 werden von der Bevorratung BV einzeln an die
Kontrolleinheit K übergeben, z. B. über eine Rutsche, wie in Fig. 1 symbolisch
angedeutet ist.
Aus der Kontrolleinheit K werden die geeigneten Halbzeuge 2 durch einen
Übersetzer weiter an den nachgeschalteten Durchlauf-Vorwärmeofen 4
übergeben die Ausschußteile werden dabei ausgeschleust.
In dem Ofen 4 werden die Halbzeuge 2 von Raumtemperatur auf eine
Temperatur von etwa 500°C vorgewärmt, damit die anschließende Erwärmung
direkt vor dem Blasen auf 1050°C schneller erfolgen kann. Die Fig. 1D zeigt
dabei in einer Prinzipdarstellung den Halbzeugtransport im Vorwärmeofen 4.
Der mit Gas oder elektrisch betriebenen Brennern 4a bestückte Heizofen 4
wird im Durchlauf betrieben, d. h. die Halbzeuge 2 werden, aus der
Kontrolleinheit K kommend, in den Ofen 4 eingeführt, durch den Ofen 4
transportiert, indem sie durch das nachfolgende Halbzeug weitergeschoben
werden und am Ende des Ofens entnommen.
An den Durchlauf-Vorwärmeofen 4 schließt sich die eigentliche
Fertigungseinheit an. Sie ist aus mehreren Funktionsmodulen zusammengesetzt.
Die in Fig. 1 strichliert eingerahmten Funktionsmodule
- - Halbzeugbereitstellung HB
- - Halbzeugerwärmung HE
- - Becherformung BF
- - Becherentnahme BE
bilden das Grundgerüst einer Fertigungseinheit. Weitere Module können
optional hinzugefügt werden, z. B. bei der noch zu erläuternden
Kelchhersteilung die Funktionsmodule:
- - Stielpressen
- - Verbindung Stiel und Kelch
- - Abtrennen des Überglases.
Die Stiele können dabei auch als Halbzeug zugeführt werden.
An die Vorwärmstufe VW mit dem Ofen 4 schließt sich die
Halbzeugbereitstellung HB an. In dieser Stufe HB wird das vorgewärmte
Halbzeug 2 einzeln aus dem Vorwärmofen 4 entnommen und der
nachfolgenden Halbzeugerwärmung HE zugeführt.
Das Halbzeug 2 kann dabei, wie in Fig. 1E dargestellt, mit einem Schieber 5
aus dem Ofen 4 entnommen und über eine Rutsche 6 bis an die
Halbzeugerwärmeinheit geführt werden. In die Erwärmeinheit HE wird das
Halbzeug dabei erneut mit einem Schieber 5a hineingeschoben.
Alternativ zu der Halbzeugbereitstellung über eine Rutsche nach Fig. 1E kann
gemäß Fig. 1F ein Greifarm 7 eingesetzt werden, der das Halbzeug 2 aus dem
Vorwärmofen 4 entnimmt und in der Halbzeugerwärmeinheit HE absetzt.
Auf die Halbzeugbereitstellung HB folgt die Stufe HE der Halbzeugerwärmung
vor dem Blasen des Bechers 1 in dem sich anschließenden Funktionsmodul BE
Durch die Erwärmung des Halbzeuges vor dem Blasen soll eine gezielte
Erwärmung des Kernbereiches des Glasrohlings in dem Halbzeugträger 3
erreicht werden. Die Erwärmung erfolgt mittels eines Wärmestrahlers 8, der
ein CO2-Laser oder alternativ ein Gasstrahler oder Gas/Sauerstoffstrahler oder
ein Mikrowellenstrahler sein kann. Ein solches Mikrowellensystem zur
Erwärmung der Halbzeuge 2 ist in Fig. 11 dargestellt. Das System besteht aus
einem Mikrowellen-Wirkraum 35, der Einkopplung 36, der Eintrittsfläche 37
und der Austrittsfläche 38. Die Erwärmung erfolgt durch Umsetzung der
Verlustleistung proportional zur Betriebsfrequenz und dem Quadrat der
elektrischen Feldstärke. Dieses Prinzip erlaubt kurze Erwärmungszeiten und
eine homogene Erwärmung.
Um Strahlungsverluste zu minimieren, erfolgt die Erwärmung mit dem
Wärmestrahler 8 in einer weitgehend geschlossenen Kammer. Die Kammer
öffnet sich nur beim Wechseln des Halbzeugträgers 3 mit dem Halbzeug 2, wie
in Fig. 1G dargestellt. Die Fig. 1G zeigt dabei auch eine Anordnung des
Wärmestrahlers 8 unterhalb des Halbzeugträgers 3 mit dem Halbzeug 2. Diese
Erwärmung von unten ist eine bevorzugte Variante.
In der Stufe HE der Halbzeugerwärmung wird das vorgewärmte Halbzeug 2
von ca. 500°C aus der Vorwärmstufe VW weiter bis auf etwa 1050°C erhitzt,
wodurch das Glas plastisch formbar wird. Zur weiteren Erwärmung sind zwei
Varianten A, B möglich:
- A) Weitere Erwärmung in zwei Schritten
- 1. Schritt
- - Erwärmung von ca. 500°C auf etwa 900°C kurz vor der Becherformeinheit BF, anschließend
- - Übergabe an die Becherformeinheit
- 2. Schritt
Eine weitere Erwärmung auf etwa 1050°C erfolgt direkt in der Becherformeinheit BF mit einem speziellen Blaskopf 9 nach Fig. 1H durch eine Kombination Strahlen/Blasen (Laserstrahl/Druckluft) in Pfeilrichtung.
Der Vorteil dieser Variante A besteht darin, daß die Halbzeuge erst unmittelbar in der Becherformeinheit BF plastifiziert werden; sie sind bis dort auch einfacher zu händeln. Auch erlaubt diese Variante A den Einsatz einer induktiven Erwärmung.
- 1. Schritt
- B) Weitere Erwärmung in einem Schritt
Die Erwärmung von 500°C bis auf etwa 1050°C erfolgt kurz vor der Becherformeinheit BF parallel zum Blasprozeß in einer speziellen Vorrichtung, die verhindert, daß das bereits plastische Glas verläuft.
Vorteil: Das Halbzeug 2 wird, wie in Fig. 1J dargestellt, parallel zum Formprozeß erwärmt, verlängert also nicht den Haupttakt, allerdings ist eine erschwerte Übergabe des plastifizierten Glases an den Formprozeß zu beachten.
Von der Erwärmeinheit HE aus muß das Halbzeug 2 mit Träger 3 mittels einer
Übergabestufe ÜF in der Becherformeinheit BF abgelegt werden, wie in Fig. 1
symbolisch durch einen Pfeil dargestellt ist. Diese Übergabe kann durch einen
Schwenkarm drehend (vertikal, horizontal) oder translatorisch erfolgen.
Hierfür stehen dem Fachmann verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Der
Halbzeugträger 3 mit dem Halbzeug 2 wird dabei auf dem Schwenkarm
während dem Erwärmen und der Übergabebewegung durch einen Greifer
festgehalten.
Die Becherformeinheit BF, in der die Becherformung durch Blasen stattfindet,
und die in Fig. 1A ausschnittsweise nochmals etwas vergrößert dargestellt ist,
ist das Herzstück der Fertigungseinheit da auf ihr die Halbzeuge 2 zu Bechern
l durch Blasen geformt werden. Die eigentliche Formgebung entspricht dem
heute gängigen Formgebungsprozeß, der gekennzeichnet ist durch Blasen eines
rotierenden Bechers in einer zweiteiligen, nichtrotierenden Form bei
zeitweiliger Becherunterstützung durch einen Bodenheber. Grundsätzlich kann
dabei auch eine rotierende Form bei feststehendem Külbel verwendet werden.
Die Becherformeinheit BF besteht aus:
- 1. Dem Blaskopf 9
Der Blaskopf bewegt sich vertikal auf und ab aus einer oberen Stellung in eine untere Stellung. Er schaltet den Blasvorgang ein/aus und dient im Fall der Variante nach Fig. 1H der Strahlführung bei einer zweistufigen Erwärmung des Halbzeuges auf Blastemperatur.
Seine Aufgabe ist das Fixieren des plastischen Glases beim Formen, das Aufbringen des Blasdruckes und optional der Antrieb des Arbeitsringes sowie gegebenenfalls die Führung des Laserstrahles zum Plastifizieren des Glases bei der Alternative nach Fig. 1H. - 2. Der Blaseinheit 10
Ihr Zustand ist ruhend/drehend. Ihre Aufgabe: Träger des Arbeitsringes, auf dem beim Blasen das plastische Glas aufliegt sowie Lagerung und Antrieb des Blaskopfes. Dabei kann der Arbeitsring alternativ durch den Halbzeugträger 3, wie dargestellt, mit Vorteilen gebildet sein. - 3. Der Blasform 11
Ihr Zustand ist: offen/geschlossen und ihre Aufgabe ist die Formgebung für den Becher. - 4. Dem Bodenheber 12
Sein Zustand ist: oben/mitte/unten, ruhend/drehend, halten/lösen und seine Aufgabe: Unterstützung des Bechers 1 beim Blasen (speziell bei schwerem Glas), Halten des Bechers 1 bei der Übergabe von der Formgebung zur Entnahmeeinheit BE.
Mit 13 ist dabei symbolisch der Antrieb für den Blaskopf 9 und den
Bodenheber 12 bezeichnet.
Bei der Darstellung in Fig. 1A ist
- - die Form 11 offen
- - der Arbeitsringträger der Blaseinheit 10 ebenfalls offen, und
- - der Bodenheber 12 mit dem Becher 1 in der unteren Stellung, in der die Entnahme des Bechers 1 erfolgt.
Die Blasform 11 besitzt einen vertikal geteilten, zweiteiligen Formenmantel für
die Ausformung des Külbels mit zweiteiliger, eingehängter Blasform, wobei
das Öffnen und Schließen der Form automatisch gesteuert ist. Durch
Verschleiß einerseits sowie durch Wechsel in der Becherform ist ein
Blasformenwechsel notwendig, der automatisch erfolgt. Dieser automatische
Wechsel wird realisiert durch eine Wechseleinheit WE gemäß Fig. 1 für
mehrere Fertigungseinheiten, wie später noch erläutert werden wird.
Zur Blasformvorbereitung werden Pasten (Sägemehl u. a.) verwendet bzw.
erfolgt ein Tränken der Form mit Wasser zur Bildung von Dampfpolster
zwischen Glas und Form (Trennmittel).
Der Bodenheber 12 dient der Verbesserung der Wandstärkenverteilung und der
Bodenqualität des Bechers, speziell bei schwerem Glas. Er dreht sich synchron
mit der Blaseinheit 10 und besitzt eine automatisch gesteuerte Auf- und
Abbewegung zur gezielten Bodenunterstützung. Zur Fertigung von verdrillten
Gläsern kann dabei auch die Drehfrequenz gegenüber derjenigen der
Blaseinheit bzw. des Blaskopfes einen Phasenversatz aufweisen, der einstellbar
ist.
Der Bodenheber, auch Bodenteller genannt, ist ausgestattet mit einer
Vorrichtung (Greifer, Saugkopf o. ä.) zur Aufnahme der Becher 1 und ist durch
ein Schnellwechselsystem wechselbar.
Zur Temperaturführung während des Formprozesses werden Heizstrahler und
Kühldüsen eingesetzt. Die Kühldüsen haben die Aufgabe einer Luft- und
Wasserkühlung zur Beeinflussung der Mundrandstärke des Bechers 1 durch
Kühlung des Külbels oder/und der Form sowie des Schutzes der Form vor
Überhitzung. Die Kühldüsen sind in Position und Durchsatz optimal
einstellbar. Die Betätigung erfolgt frei wählbar über Magnetventile.
Die Fig. 1K zeigt in einer vergrößerten Darstellung eine Ausführungsform des
Blaskopfes 9 und der Blaseinheit 10, bei der der Halbzeugträger 3 zugleich den
Arbeitsring des Blasformens bildet. Die Drehbewegung dieses Arbeitsringes,
der über eine Lagerung 14 auf einer Auflage 10a der Blaseinheit 10 drehbar
ruht, wird über den Blaskopf übertragen. In Pfeilrichtung wird entsprechend
der Variante nach Fig. 1H neben der Druckluft ein Laserstrahl zur
Plastifizierung des Halbzeuges 2 auf der Blasstation geführt.
Der Halbzeugträger 3 unterliegt dabei in der Blaseinheit folgenden Schritten:
- - Zuführen: Übersetzen vom Aufschmelzpunkt zur Blaseinheit
- - Zentrieren: Zentrierung in Blaseinheit, damit er beim Blasen rundumläuft
- - Fixieren: Sichern gegen Verdrehen beim Blasen
- - Abdichten: gegen Blaskopf damit Blasluft nicht entweicht
- - Lösen: vor seiner Entnahme
- - Entnehmen: des Halbzeugträgers inkl. anhängendem Becher, Wenden und Übergabe an Folgeprozeß.
Der Prozeßablauf der Becherformung durch Blasen ist wie folgt:
- 1. Ausgangsstellung
Blaskopf oben, Blaseinheit und Bodenheber ruhend, Form geöffnet, Halbzeugträger (HZT) in Erwärmposition, Bodenheber in unterer Position. - 2. Ablauf
Übergabe des heißen HZT an Blaseinheit oder alternativ Ablegen des plastischen Halbzeuges auf dem Arbeitsring, Absenken des Blaskopfes Beginn der Rotationsbewegung von Blaskopf mit Blaseinheit und Bodenheber (synchron) Zuschalten der Blasluft (wahlweise intermittierend oder stetig), Heben des Bodenhebers bis an das sich bildende Külbel, Zuschalten Kühlluft (wahlweise), Absenken des Bodenhebers mit dem Külbel, Schließen der Form und Ausformung des Bechers, Öffnen der Form, Heben des Bodenhebers bis zum Becher, Greifen des Bechers, evtl. Trennen des Bechers vom HZT oder Öffnen der HZT-Auflage und Übergabe des HZT nach unten, Entnahme des Bechers nach unten zur nächsten Fertigungsstufe.
Unmittelbar nach der Übergabe des heißen HZT an die Blaseinheit wird das nächste HZT in der Stufe HE erwärmt, so daß Blasen und Erwärmen parallel ablaufen. Nach der Becherentnahme beginnt der Vorgang von neuem.
Auf den Funktionsmodul BF der Becherformung folgt, wie in Fig. 1
dargestellt, die Becherentnahme BE. In dieser Stufe wird das fertige, auf dem
Bodenheber 12 stehende Hohlglas 1 von einer Entnahmeeinrichtung 15
gegriffen und auf eine Abtransportvorrichtung 16 abgelegt.
Ein auf den jeweiligen Artikel abgestimmter, modular austauschbarer und
pneumatisch betriebener Greifer 17 hebt den Becher 1 vom Bodenheber 12 ab.
Durch eine Kombination aus drehender und translatorischer Bewegung wird
der Becher zur Abtransportvorrichtung 16 geführt. Je nachdem, in welcher
Fertigungstiefe (mit/ohne Stiel; mit/ohne Überglas) das jeweilige Hohlglas bei
der Entnahme vorliegt, muß das Hohlglas vor dem Absetzen auf der
Abtransportvorrichtung zur Ablage auf dem Überglas oder dem Mundrand
gewendet werden, anderenfalls wird es ohne Wenden abgesetzt.
Ein wesentliches Element der vorliegenden Erfindung ist das Verwenden von
Halbzeugen 2 als Ausgangsprodukt, die in einer separaten Fertigungslinie
unabhängig vom Blasformprozeß hergestellt werden. Eine besondere Bedeutung
hat dabei die Herstellung eines formoptimierten Halbzeuges 2 in einem
ringförmigen Halbzeugträger 3, welches auch Gegenstand der Darstellung in
der Fig. 1 ist. Anhand der Fig. 2 mit den Zuständen A bis G sollen nun die
Herstellung dieses speziellen Halbzeuges, welches die eingangs bezeichneten
wesentlichen Vorteile aufweist, sowie seine vielfältigen Aufgaben erläutert
werden.
Der kreisringförmige Halbzeugträger 3 hat zunächst die Aufgabe, daß er das
Halbzeug 2, wie in der Stufe C dargestellt, aufnimmt. Dazu wird der
Halbzeugträger 3 in der Stufe A, auf einer Unterlage 21 ruhend, mit Glas 19
durch Tropfenspeisung aus einer Glasschmelze 18 ausgegossen, wobei das Glas
19 gemäß Zustand B durch einen Preßstempel 20 in dem Träger auf die
formoptimierte Konfiguration gebracht wird.
Das Glas 2 wird im späteren Glasformungsprozeß im Träger 3 mittels der
Wärmequelle 8 aufgeschmolzen (Zustand D), bevor es in dem maschinellen
Blasprozeß mit dem Blaskopf 9 zu einem Hohlglas 1 geformt wird, unter
Ersatz des bisherigen Arbeitsringes durch den Halbzeugträger (Stufe E).
Nach dem Blasprozeß kann der Halbzeugträger 3 solange dem vereinfachten,
sicheren Transport der Hohlgläser 1 dienen, bis er gezielt vom Hohlglas
getrennt wird.
Die Zustände F und G zeigen dabei zwei unterschiedliche Fertigungsstufen (F
= Transport mit Überglas, G = Transport ohne Überglas).
Der Halbzeugträger 3 schützt generell den Glasrohling, das Halbzeug 2, vor
Transportschäden und vereinfacht die Lagerung der Halbzeuge, insbesondere
durch ihre Stapelbarkeit.
Der prinzipielle Aufbau des Halbzeugträgers ist wie folgt:
- - Der Halbzeugträger ist ringförmig.
- - Der offene Ringkern wird mit dem Glas ausgegossen, das später durch Blasen zum Hohlglas geformt wird. Dabei muß er den Glasschmelztemperaturen von bis zu 1100°C standhalten (thermische Formstabilität).
- - Das Profil der inneren Ringkontur ist optimal an den späteren Hohlglas- Formprozeß angepaßt.
- - Die Ringaußenkontur ist in Form, Dicke und Durchmesser standardisiert, damit der Halbzeugträger in einheitlichen Blasstationen aufgenommen werden kann. Der Ring muß auf der Blasstation zentriert und fixiert werden, da sich die Station während dem Blasen mit bis zu 50 Umdrehungen/min dreht. Der Blaskopf liegt dabei während des Blasens auf dem Ring auf.
- - Das Rohlingsgewicht und damit die spätere Hohlglasgröße wird variiert durch verschiedene Füllgrade des Ringes.
- - Nach dem Abtrennen des Hohlglases vom Halbzeugträger verbleibt verfahrensbedingt ein geringer Rest im Ring. Vor einem erneuten Ausgießen des Ringes mit Glas muß dieser aufbereitet werden (Säubern, evtl. Pasten mit Trennmittel).
Neben dem gemäß Fig. 2 mit den eingangs dargelegten Vorteilen
hergestellten Halbzeug sind weitere Möglichkeiten für die Konfiguration und
die Herstellung eines Halbzeuges denkbar. So kann beispielsweise das
Halbzeug gemäß Fig. 3 eine runde flache Glasscheibe 2 sein die auf
verschiedene in den Teilfiguren A, B und C dargestellten Weise hergestellt
werden kann. Gemäß der Teilfigur A kann die Tablette 2 entsprechend Fig. 2
(A B) in der Weise hergestellt werden, daß eine Form 22 durch
Tropfeneinspeisung eines Glastropfens 19 aus einer Glasschmelze 18
ausgegossen wird, wobei der Glastropfen 19, der inzwischen die Form einer
Linse angenommen hat, durch einen Preßstempel 20 in der Form 22 zu einer
flachen Scheibe verpreßt wird. Gemäß der Teilfigur B kann die Tablette 2 auch
durch Ausstechen aus einem Flachglas 24 mittels eines geeigneten Werkzeuges
23 hergestellt werden. Es ist gemäß der Teilfigur C auch möglich, die flache
runde Glasscheibe 2 aus einem Flachglas 24 mittels eines geeigneten
Schneidwerkzeuges 25 herauszuschneiden.
Im Fall der Fig. 3A spricht man dabei von einer direkten Halbzeug-
Herstellung, wogegen im Fall der Fig. 3B/C eine indirekte Halbzeug-
Herstellung gegeben ist.
Die Vorteile sowohl der direkten als auch indirekten Halbzeug-Herstellung sind
eingangs dargelegt.
In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit für eine Halbzeug-Herstellung
dargestellt. Gemäß der Fig. 4 besteht das Halbzeug aus einer in bezug auf
den herzustellenden Hohlglas-Formkörper formoptimierten profilierten Tablette
2, die analog der flachen Scheibe 2 gemäß der in Fig. 4A gezeigten
Alternative im Gießverfahren hergestellt wird. Dazu wird eine entsprechend
gestaltete Form 22 durch Tropfenspeisung eines Tropfens 19 aus einer
Glasschmelze 18 ausgegossen wobei der Glastropfen 19 durch einen
Preßstempel 20 in der Form 22 auf die formoptimierte Konfiguration gebracht
wird.
Um den bei der Variante nach Fig. 4A notwendigen technologisch aufwendigen
und kostenintensiven Wannenbetrieb bei der Halbzeugherstellung zu ersetzen,
ist es denkbar, die Halbzeugherstellung durch Sintern von körnigem Pulver
(Quarzsand, sonstige Bestandteile) durchzuführen.
Die Vorteile einer derartigen Herstellung sind:
- - Einsparung von Schmelzprozessen
- - Kosteneinsparung
- - einfachere Technologie.
Die prinzipielle Vorgehensweise bei der Herstellung von Halbzeugen 2 durch
Sintern von körnigem Pulver (Quarzsand, sonstige Bestandteile) wird anhand
der Fig. 4B mit den Verfahrensschritten 1-6 näher beschrieben. Im
Ausführungsbeispiel ist eine formoptimierte Tablette nach Fig. 4 als Halbzeug
2 dargestellt. Es versteht sich, daß das Halbzeug auch eine andere Form haben
kann, z. B. eine Scheibe nach Fig. 3 sein kann. Auch ist ein Sintern eines
Glaskörpers in einem Halbzeugträger, der gleichzeitig die Form bildet,
entsprechend der Fig. 2 denkbar.
Gemäß Fig. 4 ist der Prozeß gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
- 1. Mischung der Rohstoffe (trocken oder naß)
- 2. Formgebung
- 3. evtl. Trocknung
- 4. Reinigung
- 5. Sinterung
- 6. Kontrolle.
Die Hohlglasrezeptur ist zusammengesetzt aus verschiedenen Rohstoffen in
der Fig. 4B sind drei Stoffe 39 angedeutet, die gemeinsam das Gemenge
bilden. Die wesentlichen Bestandteile sind: Glasschmelzsand, eisenarmer Kalk,
Kaliumcarbonat, Natriumnitrat, Soda schwer, Bariumcarbonat. Die
Schüttdichte der Hauptbestandteile liegt zwischen 1-1,4 g/ml, die Dichte bis
2,7 g/l, die Korngrößen liegen zwischen 0,01 und 1,6 mm.
Folgende zwei grundsätzliche Verfahren zur Mischung des Gemenges können
angewendet werden:
- - Trockene Mischung:
Mischung der pulverförmigen Rohstoffe (Quarzsand, sonstige Bestandteile) im trockenen Zustand. - - Dispergierung der Pulverteilchen in einer Flüssigkeit:
Bei der Lagerung der pulverförmigen Rohstoffe bilden sich Agglomerate, die bei der Dispergierung weitestgehend aufgelöst werden, um einen homogenen Grünkörper zu erhalten. Dadurch ist die erreichbare Homogenität höher als bei der trockenen Mischung. Als Dispergierflüssigkeit ist reines Wasser sehr geeignet.
An das Mischen schließt sich ein Verfahrensschritt an, in dem die Mischung
komprimiert und auf die gewünschte Konfiguration des Halbzeuges 2, den
Grünkörper, gebracht wird.
Die Gründichte der Körper nach dem Formen liegt dabei, je nach dem
angewendeten Formgebungsverfahren zwischen 10 und 45% der Dichte des
später gesinterten Körpers, d. h. die Grünkörper schrumpfen beim Sintern
beträchtlich.
An die Formgebung sind folgende Anforderungen zu stellen:
- - Gute Homogenität des Formkörpers. Sonst Gefahr unerwünschter Störstellen im gesinterten Glas.
- - Gleichmäßige, möglichst enge Porenstruktur. Dadurch gleichmäßige Schrumpfung beim Sintern, konforme Abbildung der gewünschten Geometrie, geringere Sintertemperaturen bei engeren Poren.
- - Geometrie entsprechend den Anforderungen. Zur Vermeidung einer aufwendigen Nachbearbeitung.
- - Geringe Kontamination durch Störstoffe. Unerwünschte Verunreinigungen, z. B. Alkali- und Erdalkaliverunreinigungen, bilden Störstellen im Produkt und können nur bei hohen Temperaturen beseitigt werden.
Für die Formgebung eignen sich nachstehende Verfahren:
- A. Uniaxiales Pressen von Pulvern
Darunter versteht man die Verdichtung des Pulvers mittels eines Preßstempels 40 von einer Seite aus. - B. Isostatisches Pressen von Pulvern
Darunter versteht man die Verdichtung von rieselfähigem Pulver mit ausreichend hoher Schüttdichte von mehreren Seiten, ggf. mit zusätzlicher thermischer Behandlung. Die notwendige Schüttdichte wird bei bestimmten Pulvern (z. B. Kieselsäuren) durch Voragglomeration erreicht. - C. Strangpressen
Dieses Verfahren sieht ein kontinuierliches Strangpressen einer glatten, plastischen Masse, zumeist Dispersion, vor. - D. Zentrifugieren
Dieses Verfahren beinhaltet das Abzentrifugieren der Teilchen aus einer dünnflüssigen Suspension. - E. Kolloidale Filterung (Schlickerguß)
Darunter versteht man die Phasentrennung der dispergierten Teilchen von der Dispergierflüssigkeit (Schlicker) durch Herauspressen der Flüssigkeit aus einer Form durch einen Filter, der die Teilchen zurückhält. - F. Formgebung durch Vernetzung
Dieses Verfahren bezieht sich auf eine Ausflockung (Koagulation) kolloidaler Teilchen einer dafür geeigneten Suspension. Die Eignung wird oft erst durch bestimmte Zusätze, meist Fluoride, erreicht. Die Suspension ist dann nur im stark gescherten Zustand dünnflüssig, während sie sich im Ruhezustand verfestigt (Thixotropie). - G. Elektrophoretische Abscheidung
Das Verfahren wird hier der Vollständigkeit halber genannt, da eine industrielle Anwendung derzeit nicht bekannt ist. Die Teilchen in einer homogenen Suspension bewegen sich beim Anlegen eines elektrischen Feldes gleichförmig auf ein Filter zu und bilden dort den Grünling. - H. Sol-Gel Verfahren
Mit dem Sol-Gel Verfahren können Gläser hergestellt werden, ohne daß ein Schmelz- oder Läuterungsprozeß notwendig ist. Der Aufbau des Glasnetzwerkes erfolgt durch Abscheidung von gelöstem SiO2 in einem Gel. Nach der Entwässerung kann das Gel zu einem kompakten Glas weit unterhalb der Schmelztemperatur gesintert werden.
Die Formgebung bestimmter Ausgangsstoffe im zweiten Schritt, z. B.
kolloidaler Dispersionen oder Sol-Gele, erfordert eine anschließende
Trocknung, bevor die eigentliche Sinterung durchgeführt wird.
Die Trocknung der feuchten Grünkörper gehört wie in der Keramik wegen der
Gefahr der Rißbildung zu den kritischen Prozeßschritten. Deshalb wurden in
der Vergangenheit vielfach Versuche durchgeführt, die Glasteilchen durch
Vorpressen direkt ohne Dispergierflüssigkeit zu formen. Da aber die
gleichmäßige Dispergierung der Teilchen (homogenes Gefüge) ohne Flüssigkeit
sehr schwer zu erreichen ist, werden bei den meisten bekannten Anwendungen
der Formgebung flüssig geformte Grünkörper hergestellt. Aus diesem Grund
wurden verschiedene Trocknungsverfahren entwickelt, die an die
Teilchengröße, die Gründichte und die sich daraus ergebenden
Porendurchmesser angepaßt sind.
Bei der konventionellen Trocknung erfolgt diese in einem temperierten
Luftstrom. Um dabei die Gefahr der Rißbildung beim Trockenvorgang zu
minimieren, ist eine Variante die Trocknung in elastischen Formen, z. B. in
einer elastischen, wasserdampfdurchlässigen Form (Folie), die beim Trocknen
gemeinsam mit dem Formling schrumpft und erst nach dem Trocknen entfernt
wird.
Daneben kennt man die Trocknung durch Lösungsmittelaustausch. Nach der
Formgebung im zweiten Schritt wird die Dispergierflüssigkeit Wasser durch
Diffusion gegen eine Flüssigkeit mit einer geringeren Oberflächenspannung
ausgetauscht die dann im weiteren Trockenverlauf aus den Porenräumen
entweicht.
Schließlich kann die sogenannte überkritische Trocknung angewendet werden,
ein aufwendiges Verfahren zur Trocknung ohne Risse und ohne Schrumpfung
des Grünlings. Dabei erfolgt eine vollständige Aufhebung des störenden
Einflusses der Oberflächenspannung beim Trocknen durch Überschreitung des
überkritischen Punktes der Dispersionsflüssigkeit in einem Autoklaven.
Bei der Herstellung hochreiner Kieselgläser schließt sich nach der Trocknung
und vor dem Sintern ein Reinigungsprozeß an, bei dem Verunreinigungen fast
vollständig über die Porenräume entfernt werden können. Dies ist der
wesentliche Vorteil beim Sinterprozeß für diese Gläser
Die Reinigung, die üblicherweise in einer chlorhaltigen Atmosphäre durchgeführt wird, erstreckt sich nicht nur auf Verunreinigungen an Kornoberflächen, sondern auch auf Verunreinigungen im Korn, die wegen der geringen Diffusionswege in kurzer Zeit an die Oberfläche diffundieren können. Dort reagieren sie mit der chlorhaltigen Atmosphäre und gelangen über das offene Porensystem an die Oberfläche des Formkörpers.
Die Reinigung, die üblicherweise in einer chlorhaltigen Atmosphäre durchgeführt wird, erstreckt sich nicht nur auf Verunreinigungen an Kornoberflächen, sondern auch auf Verunreinigungen im Korn, die wegen der geringen Diffusionswege in kurzer Zeit an die Oberfläche diffundieren können. Dort reagieren sie mit der chlorhaltigen Atmosphäre und gelangen über das offene Porensystem an die Oberfläche des Formkörpers.
Bei der Sinterung wird der noch offenporige Grünkörper zu einem
transparenten Glas verdichtet das im Idealfall keine Poren mehr aufweist.
Dabei wird die Temperatur so erhöht, daß die Poren über einen viskosen Fluß
geschlossen werden.
Üblicherweise erfolgt das Sintern in einem konventionellen Ofen, in dem
mehrere durch elektrischen Strom beheizte Heizelemente (z. B. Graphit, MoSi2,
ZrO2) Wärme erzeugen, die auf den Formling über ein Arbeitsrohr durch
Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung übertragen wird. Der Formling
befindet sich im Arbeitsrohr. Die meisten Öfen werden mit Luft als
Ofenatmosphäre betrieben, manche Öfen (Graphit) werden auch mit N2/H2-
Inertgas-Atmosphäre betrieben.
Daneben ist auch die Strahlungssinterung bekannt, ein Verfahren, das mit
einem kalten Arbeitsrohr arbeitet, in dem der Formling mit einem thermischen
Strahler oder einem Laser erwärmt wird.
Schließlich kennt man auch die HF- und Plasmasinterung. Diese induktive
Erhitzung mittels hochfrequenter elektromagnetischer Felder ist bei der
Erwärmung hinreichend elektrisch leitender Werkstücke gebräuchlich.
Weitere Möglichkeiten können die Erwärmung mittels Mikrowellenplasma oder
mittels Plasmabrenner sein.
In diesem Schritt erfolgt eine umfassende Kontrolle des gesinterten Halbzeuges
2 auf Gewicht, Volumen, Zusammensetzung und Zustand.
Die Vorteile eines Halbzeuges 2 gemäß Fig. 4 sind:
- - einfacher Fertigungsprozeß der formoptimierten, profilierten Tablette
- - blasoptimierter Prozeß möglich.
Zu berücksichtigen sind dabei allerdings die Zerstörungs- und
Beschädigungsgefahr des Halbzeuges beim Transport sowie seine schwierige
Handhabung und Lagerung infolge der Profilierung des Halbzeuges.
Die Fig. 5 mit den Ausschnittsvergrößerungen nach Fig. 5A und 5B sowie
den Zusatzdarstellungen nach den Fig. 5C bis 5D zeigen eine weitere
vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Hohlglas-Formkörpern
1 arbeitet. Die Vorrichtung nach Fig. 5 entspricht prinzipiell derjenigen nach
Fig. 1, sie ist jedoch auf die Fertigung von Hohlglas-Formkörpern 1 in Form
von Kelchen abgestellt. Sämtliche mit der Fig. 1 übereinstimmende
Vorrichtungsteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und brauchen
daher an dieser Stelle nicht mehr weiter erläutert zu werden. Die zentralen
Unterschiede liegen im wesentlichen in der Form 11 der Blasformeinheit für
die Kelche, die in Fig. 5 als KF (Kelchformungs-Einheit) bezeichnet wird
sowie in dem an die Kelche angepaßten Bodenheber 12, dem ebenfalls an die
Kelche angepaßten Greifer 17 sowie durch ein neues Funktionsmodul, der
Stielzuführung SZ, von dem aus die an den Kelchen anzubringenden Stiele 26
an den Bodenteller 12 übergeben werden. Die Stiele 26 mit ihren Bodenplatten
können wahlweise als Halbzeug bereitgestellt oder unmittelbar vor der
Kelchformung in einer weiteren Funktionseinheit, der Stielpresse SP,
hergestellt werden. Auf dieser Stielpresse werden aus entsprechenden
Halbzeugen Stiele mit Bodenplatten gepreßt. Zuvor durchlaufen die
zugehörigen Halbzeuge, wie bei der Formgebung des Kelches, nacheinander
folgende Stationen:
- - Halbzeug-Bereitstellung und Vereinzelung,
- - Halbzeug-Kontrolle
- - Halbzeug-Vorwärmung
- - Halbzeug-Plastifizierung
- - Stielpressung.
Der vollautomatische Preßtakt der Stielpresse SP ist dabei auf den Takt der
Formgebung angepaßt. Die Halbzeuge werden dabei aus einem Lager
entnommen und der Halbzeug-Bereitstellung zugeführt. Nach der
Einzelkontrolle werden sie in einem Durchlaufofen vorgewärmt, anschließend
auf einer weiteren Station unmittelbar vor dem Pressen plastifiziert. In einer
zweigeteilten Stielpreßform werden sie von oben mit einem Druckstempel zu
Stielen gepreßt, bevor die Preßform öffnet und der Stiel samt Bodenplatte mit
einem geeigneten Übersetzer an die Funktionseinheit SZ übergeben wird. In
dem Funktionsmodul SZ befindet sich ein Durchlauf-Vorwärmofen 28, dem
die Stiele 26, entweder als Halbzeug aus einer nicht dargestellten Bevorratung
oder von der Stielpresse SP her durch ein Zuführsystem, z. B. einem Greifer,
zugeführt werden. Dort werden sie mit ihrer Bodenplatte, beispielsweise auf
einem dargestellten Band stehend, durch den Ofen geführt und gezielt erwärmt.
Kurz vor der Übergabe an den Bodenheber 12 durch einen geeigneten,
ebenfalls nicht dargestellten Übersetzer mit Greifer, wird die Stielspitze,
bevorzugt durch einen Strahler 27, nochmals gezielt erwärmt. Danach werden
die Stiele, auf ihrer Bodenplatte stehend, an den Bodenheber 12 übergeben.
Dort wird der Stiel 26 zentriert und gespannt. Der Bodenheber führt den
heißen Stiel von unten an den Kelch 1 heran. Der für die Stielverbindung
notwendige Druck wird über den Bodenheber 12 aufgebracht. Bei Bedarf kann
die Verbindungsstelle während der Verbindung mit einem nicht dargestellten
Strahler weiter erwärmt werden, während Kelch 1 und Stiel 26 gemeinsam
drehen.
Nach der erfolgten Verbindung wird das Stielglas 1 vom Bodenheber nach
unten abgesenkt und von dem Entnahmegreifer 17 in den Funktionsmodul KE
die Kelchentnahme übernommen.
Die Fig. 5B zeigt in einer vergrößerten Darstellung ausschnittsweise den
Funktionsmodul KF, die Kelchformung mit der Anbringung des Stieles an den
Kelch 1. Bei der dargestellten Position
- - ist die Form 11 offen,
- - fährt der Bodenheber 12 mit dem Stiel 26 in die obere Stellung,
- - wird der Stiel 26 zentriert,
- - wobei sich Kelch und Stiel drehen.
Es ist nicht, wie in Fig. 5 dargestellt, zwingend, die Stielverbindung mit dem
Kelch in den Fertigungsprozeß einzubeziehen. Die Fertigungstiefe kann auch
so gestaltet sein, daß in der Fertigungseinheit ein Kelch ohne Stiel hergestellt
wird, quasi als Halbzeug, der erst in einem späteren Produktionsprozeß mit
einem Stiel versehen wird. Die Herstellung der Verbindung zwischen Stiel 26
und Kelch 1 unmittelbar nach der Kelchformung in der Funktionseinheit KF
hat den Vorteil, daß der Fertigungsprozeß gestrafft wird und die nach dem
Blasen vorhandene Kelchwärme, Wärme, die bei der Verbindung ohnehin
benötigt wird, ausgenutzt werden kann.
Der Kelch 1 mit dem Stiel 26 kann, je nach vorgesehener Fertigungstiefe,
entweder mit dem sogenannten Überglas oder mit abgetrenntem Überglas in
die Kelchentnahme KE überführt werden. In Fig. 5A ist dabei ein Abtrennen
des Überglases 30 vom restlichen Kelch 1 mit dem Strahl eines Lasers 29
dargestellt, wobei in den schematischen Darstellungen, gemäß den Fig. 5C
und D, die dabei ablaufenden Vorgänge nochmals verdeutlicht werden. Der
Laserstrahl des Lasers 29 wird durch eine (nicht dargestellt) Optik an den Kelch
1 herangeführt wenn nach dem Formvorgang die Glasform 11 geöffnet ist und
der Bodenheber 12 sich in der oberen Position befindet und das Glas 1 samt
Stiel 26 von unten festhält. Der Blaskopf 9, der Kelch 1 und der Bodenheber
12 drehen sich dabei, wobei sich der Blaskopf 9 in der unteren Stellung
befindet, entsprechend der Darstellung in Fig. 1K. Durch die Trennung mit
dem Laserstrahl in Verbindung mit der Mundrandverschmelzung an dieser
Stelle kann die weitere Bearbeitung des Mundrandes entfallen. Es wird dabei
keine zusätzliche Spannung in den Kelch eingebracht so daß die verbleibenden
geringen Spannungen fast vollständig in einem nachfolgenden Kühlband
abgebaut werden können, wodurch eine geringere Bruchgefahr gegeben ist.
Nach erfolgter Trennung - dieser Zustand ist in der Fig. 5D dargestellt - wird
der Trennlaser 29 abgeschaltet, der Blaskopf 9 nach oben gefahren und der
Bodenheber 12 nach unten abgesenkt. Der Kelch 1 kann dann mittels des
Greifers 17 in den Funktionsmodul KE, die Entnahme, übernommen werden.
Das Überglas 30, das sich noch in dem ringförmigen Halbzeugträger 3
befindet, kann dann von dem Halbzeug-Zuführsystem entnommen werden,
bevor dieses das nächste Halbzeug zuführt.
Die dargestellte Lasertrennung kann optional auch bereits vor dem
Zuammenführen von Kelch und Stiel erfolgen. Entnommen wird dann ein
Kelch ohne Überglas und Stiel.
Der Funktionsmodul BE übernimmt die fertigen Hohlgläser 1 und übergibt sie
an den Folgeprozeß. Die Hohlgläser 1 werden dabei nach dem Formprozeß in
der Kelchformung KF durch die Entnahmevorrichtung 17 auf dem Band 16,
der Abtransportvorrichtung, abgesetzt, wie bereits im Zusammenhang mit der
Fig. 1 erläutert wurde. In der Abtransporteinrichtung 16 werden die Kelche
gepuffert und definiert weitergeleitet (einzeln oder in bestimmter Stückzahl),
wie später noch anhand der Fig. 9 erläutert wird.
Bei der Entnahme der Hohlgläser, hier in Form der Kelche, haben diese je
nach gewählten Optionen (mit/ohne Stielverbindung, mit/ohne
Überglastrennung) verschiedene Fertigungstiefen erreicht. Daraus ergeben sich
verschiedene Varianten bei der Entnahme und dem Abtransport der Kelche.
Beispielweise kann der Kelch nach erfolgter Abtrennung des Überglases, auf
seiner Bodenplatte stehend, auf dem Transportband 16 aufgenommen werden.
Es ist auch denkbar, das noch nicht von dem ringförmigen Halbzeugträger 3
abgetrennte Hohlglas auf das Band 16 zu übernehmen, mit dem Halbzeugträger
nach unten das heißt auf dem Kopf stehendem Kelch. Die Trennung von
Halbzeugträger 3 und dem Kelch erfolgt dann in Folgeprozessen. Hinsichtlich
der Entnahme ergeben sich weitere Varianten, je nach dem wie Stiel und Kelch
optional zusammengeführt sind.
Bislang wurde die Formung von Kelchen und Bechern beschrieben. Es versteht
sich, daß in entsprechender Weise auch andere Hohlgläser, wie Biergläser,
Flaschen oder dergleichen, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der
zugehörigen Vorrichtung geformt werden können.
Die in den Fig. 1 und 5 dargestellte Fertigungseinheit ist vorzugsweise
variabel zusammengesetzt aus mehreren Funktionseinheiten FE, auch
Funktionsmodule genannt, auf denen nacheinander die einzelnen
Fertigungsschritte stattfinden, das heißt, die Fertigungseinheit ist vorzugsweise
modular aufgebaut. Die Aufgabenerfüllung
- - Halbzeug-Bereitstellung,
- - Halbzeug-Erwärmung,
- - Hohlglasformung durch Blasen,
- - Zusammenführen und Verbinden von als Halbzeug zur Verfügung gestellten Stielen mit einem Kelch (Option) oder
- - Integration eines Stielfertigungsmoduls (Option) sowie
- - Abtransport des fertigen Hohlglases
soll daher mit Hilfe einzelner Funktionsmodule möglich sein.
Die gesamte Produktionseinrichtung ist vorzugsweise dergestalt aufgebaut, daß
mehrere modular kombinierbare Fertigungseinheiten (FE1, FE2 FEn) eine
Sektion und mehrere Sektionen eine Produktionseinrichtung bilden. Eine
derartige Produktionseinrichtung ist in der Fig. 6 dargestellt, wobei jede
Fertigungseinheit mit einzelnen Funktionsmodulen, ggfs. optional bestückt ist.
Die Fig. 7 zeigt dabei eine Variante, bei der mehrere Fertigungseinheiten
gemeinsame Funktionsmodule besitzen können, wie durch die entsprechende
Blockbildung angedeutet ist.
Hinter den Fertigungseinrichtungen sind nacheinander folgende Stationen
angeordnet:
- - Halbzeug-Bevorratung BV,
- - Halbzeug-Kontrolle K,
- - Halbzeug-Vorwärmung VW.
Quer vor den Fertigungseinheiten und längs zur Produktionseinrichtung
befinden sich:
- - Der gemeinsame Abtransport der Hohlgläser, vorzugsweise über das Förderband 16, und
- - eine automatische Formwechseleinrichtung.
Dabei ist auch denkbar, diese quer vor den Fertigungseinheiten angeordneten
Stationen sektionsweise zuzuordnen.
Eine derartig vervollständigte Produktionseinrichtung ist in der Fig. 8
dargestellt.
Die Fig. 9 zeigt den Abtransport der erzeugten Hohlgläser 1 über das
Transportband 16. das sich quer vor den nebeneinander angeordneten
Fertigungseinrichtungen FE befindet. Spezielle Abweiser verhindern, daß
bereits auf dem Band befindliche Gläser mit neu hinzukommenden Gläsern
kollidieren.
Im hinteren Bereich des Bandes 16 werden die Gläser 1 gepuffert, damit sie
durch einen Schieber 31, der getaktet arbeitet, z. B. an ein Anschlußband 32
übergeben werden können.
In Fig. 10 ist das Prinzip des automatischen Formenwechsels für die
einzelnen Funktionseinheiten dargestellt.
Die Blasformen 11 in den einzelnen Funktionseinheiten werden vor ihrem
Einsatz gepastet, damit die gepastete Schicht das Wasser aufnehmen kann,
welches beim Blasprozeß das trennende Dampfpolster bildet. Durch den
Formprozeß verschleißt die Pastenschicht und die Formen müssen während der
laufenden Produktion nach und nach ausgewechselt werden.
Die in Fig. 10 dargestellte Einheit zum automatischen Formenwechsel, in den
Fig. 1 und 5 die Funktionseinheit WE, ermöglicht den zügigen
Formenwechsel an einer Fertigungseinheit ohne zusätzlichen Personalaufwand,
während auf den benachbarten Einheiten weiter produziert werden kann. Durch
eine optische Kelchüberwachung unmittelbar nach der Formung kann der
Formenwechsel initiiert werden, falls dort fehlerhafte Kelche auftreten. Die
automatische Wechseleinrichtung befindet sich quer vor den nebeneinander
angeordneten Fertigungseinrichtungen über dem Abtransport, wie aus der
Fig. 8 hervorgeht.
Für den Formenwechsel muß die jeweilige Fertigungseinheit FE im Bereich
der Blasform 11 von der Entnahmeseite zugängig sein. Der Formenmantel, in
dem die beiden inneren Formenhälften eingehängt sind, ist weit geöffnet. Auf
dem Portal 33 der Wechseleinheit befindet sich z. B. ein drehbarer
längsbeweglicher zweiseitiger Greifarm 34. Von einer Seite des Armes aus
werden die verbrauchten Formhälften entnommen, der Arm wird um 180°
gedreht, danach werden von der zweiten Seite aus zwei neue Formenhälften
eingesetzt.
Die unbrauchbaren Formen werden dabei an einem an einer Seite des Portals
angeordneten Formenbahnhof automatisch gegen neue Formen gewechselt, die
für den nächsten Wechsel dort bereitstehen.
Die Vorteile, die durch die modulare Produktionseinrichtung erzielt werden,
sind:
- - Klarer Materialfluß innerhalb einer Fertigungseinheit von oben nach unten.
- - Geringe spezifische Formenkosten,
- - Möglichkeit der weiteren Verbesserung bestimmter Produkteigenschaften, z. B. Verminderung der Wandstärke, bessere geometrische Gestalt (Kappen- und Bodenglasplanität, Stielzentrizität, o. ä.).
- - Vereinfachung der nachfolgenden Prozesse durch hohe erreichbare Fertigungstiefen (Wertschöpfung) auf der Produktionseinrichtung.
- - Einfachere Fertigung farbiger Gläser und/oder Stiele.
- - Gleichzeitige parallele Fertigung mehrere kleiner Losgrößen bzw. Fertigung einer ganzen Glasserie auf einer Einrichtung.
- - Versuchsbetrieb auf einer Fertigungseinheit (Nullserien neuer Artikel, Test technischer Verbesserungen, o. ä.) parallel zur Produktion unter Produktionsbedingungen.
- - Verbesserte Ausnutzung der räumlichen Situation am Produktionsstandort und Verminderung des Platzbedarfes durch variable Zusammenstellung (Anzahl, Aufbau etc.) mehrerer Produktionseinrichtungen.
- - Betreiben der Produktionseinrichtung unabhängig vom technologie- und investitionsintensiven Wannenbetrieb.
- - Fertigung kleiner Losgrößen mit geringem Formeneinsatz.
- - Geringere Verluste bei Maschinenumrüstung durch schnelleren Umbau parallel zur Produktion.
- - Geringere Ausfallzeiten (kein Stillstand der Gesamtanlage) bei Maschinenschäden durch zügigen Austausch des defekten Moduls oder der kompletten Fertigungseinheit gegen funktionstüchtige Baugruppen.
- - Verminderung der Betriebskosten (Personal, Material, Energie, Formen) durch einen gestrafften Produktionsprozeß.
Im Vorstehenden wurde das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige
Vorrichtung beschrieben, bei der durch die Verwendung von auf das zu
fertigende Produkt abgestimmten Halbzeugen eine Unabhängigkeit von dem
Schmelzwannenbetrieb erzielt wird. Der modulare Aufbau der
Produktionseinrichtung erfüllt dabei die Forderung nach einer hohen
Flexibilität in der Fertigung, so daß auch in Verbindung mit einem
Wannenbetrieb durch das erfindungsgemäße Konzept bedeutende technische,
unternehmerische und wirtschaftliche Vorteile entstehen.
Claims (34)
1. Verfahren zur Herstellung von Hohlglas-Formkörpern wie
Becher, Kelche, oder dergleichen, durch Blasformen eines
geschmolzenen Glaspostens, mit den Schritten:
- - Herstellen von Glasrohlingen in Form von konfektionierten Halbzeugen in einer eigenen separaten Fertigungslinie,
- - Lagern und Bevorraten der Halbzeuge,
- - Zufuhr der Halbzeuge aus der Bevorratung an die Fertigungslinie für das Ausformen des Hohlglas Formkörpers unter Vorwärmen der Halbzeuge,
- - Bereitstellen der vorgewärmten Halbzeuge für eine weitere Erwärmung,
- - Erhitzen des Halbzeuges auf Blastemperatur, durch eine weitere Erwärmung,
- - Formblasen des Hohlglas-Formkörpers in einer Blasform mit Unterstützung des geblasenen Hohlglas-Formkörpers durch einen Bodenheber,
- - Entnahme des Hohlglas-Formkörpers aus der Blasform und Übergabe an den Folgeprozeß.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine indirekte
Halbzeug-Herstellung durch Ausstechen oder Schneiden von
runden flachen Glasscheiben aus einem Flachglas als Halbzeug
für das Formblasen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine direkte
Halbzeug-Herstellung durch Gießen einer Tablette in einer Form
im Anschluß an das Aufschmelzen eines Glasrohstoffes als
Halbzeug für das Formblasen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch das Gießen
einer flachen Tablette.
5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch das Gießen
einer in bezug auf den herzustellenden Hohlglas-Formkörper
formoptimierten profilierten Tablette.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine direkte
Herstellung eines in bezug auf den herzustellenden Hohlglas-
Formkörper formoptimierten Halbzeuges durch Ausgießen eines
Halbzeugträgers mit einer optimierten Innenform mit
Glasrohstoff aus einer Schmelze, wobei das Halbzeug in den
folgenden Schritten bis zum Abtrennen des geblasenen Hohlglas-
Formkörpers in dem Halbzeugträger verbleibt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Herstellung des
Halbzeuges mit einer vorgegebenen Konfiguration durch einen
Sinterprozeß.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbzeug
in einem Halbzeugträger mit einer die Konfiguration vorgebenden
Innenform gesintert wird, wobei das Halbzeug in den folgenden
Schritten bis zum Abtrennen des geblasenen Hohlglasformlings in dem
Halbzeugträger verbleibt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen
Sinterprozeß mit den Verfahrensschritten:
- - Mischen der Rohstoffe
- - Formgeben eines Grünkörpers
- - Trocknen des Grünkörpers, optional je nach dem Formgebungsverfahren
- - Reinigen des Grünkörpers
- - Sintern des Grünkörpers zu dem Halbzeug
- - Kontrolle des gesinterten Halbzeuges.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung
von Kelchen mit einem Stiel, gekennzeichnet durch das
Zusammenführen und Verbinden von extern als Halbzeug
gefertigten Stielen mit dem formgeblasenen Kelch in der
Blasform.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung
von Kelchen mit einem Stiel, gekennzeichnet durch das
Zusammenführen und Verbinden von innerhalb der
Fertigungslinie gefertigten Stielen mit den formgeblasenen
Kelchen in der Blasstation.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das weitere Erhitzen des vorwiegend auf ca.
500°C vorgewärmten Halbzeuges auf Blastemperatur von ca.
1050°C in zwei Stufen erfolgt, durch eine erste weitere
Erwärmung auf ca. 900°C kurz vor der Blasstation mit
anschließender Übergabe des noch nicht plastischen Halbzeuges
an diese Station und durch eine zweite weitere Erwärmung des
Halbzeuges auf Blastemperatur von ca. 1050°C in dieser
Station.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das weitere Erhitzen des vorzugsweise auf
ca. 500°c vorgewärmten Halbzeuges auf Blastemperatur von ca.
1050°C in einem einzigen Schritt in einer gesonderten
Vorrichtung erfolgt mit Übergabe des plastifizierten Halbzeuges
an die Blasstation.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
weitere Erhitzen des Halbzeuges mittels Mikrowellenstrahlung erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet
durch ein Abtrennen des Überglases vom restlichen gewünschten
Hohlglas-Formkörpers in der Blasstation nach Öffnung der Form
mittels eines Laserstrahles.
16. Vorrichtung zur Herstellung von Hohlglas-Formkörpern (1) wie Becher,
Kelche, oder dergleichen, mit einer Blasformstufe (BF, KF), bestehend
aus einem Blaskopf (9) mit einem Blas-Arbeitsring, einer Blaseinheit
(10), einer Form (11) und einem Bodenteller (12), in der ein
geschmolzener Glasposten zu dem gewünschten Hohlglas-Formkörper
formbar ist, und mit einer Entnahmestufe (BE, KE) enthaltend
Einrichtungen (15, 17) zur Entnahme des Hohlglas-Formkörpers (1) aus
der Blasformstufe, sowie zur Übergabe an den Folgeprozeß,
gekennzeichnet durch:
- - eine Stufe (BV) mit Lagerungs- und Transporteinrichtungen zum Bevorraten und Zuführen von zwischengelagerten Halbzeugen (2) für den zu formenden Hohlglas-Formkörper (1), die zuvor in einer eigenen separaten Vorrichtung hergestellt sind,
- - eine nachgeschaltete Vorwärmstufe (VW) mit Wärmeeinrichtungen (4, 4a) zum Vorwärmen der Halbzeuge (2),
- - eine Stufe (HB) mit Transporteinrichtungen (5, 5a, 6, 7) zum Bereitstellen der Halbzeuge (2) an eine Halbzeug-Erwärmstufe
- (HE) mit Wärmeeinrichtungen (8) zum weiteren Erwärmen der Halbzeuge (2) zumindest auf eine Temperatur nahe der Blastemperatur, und
- - durch eine Übergabestufe (ÜE) mit Einrichtungen zum Ablegen der in der Halbzeug-Erwärmstufe (HE) weiter erwärmten Halbzeuge (2) in die Blasformstufe (BF KF).
- 17 Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnete daß das Halbzeug (2) eine flache Tablette ist (Fig. 3).
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
Halbzeug (2) eine formoptimierte Tablette ist (Fig. 4).
19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
Halbzeug (2) als formoptimierter Glaskörper in einem Halbzeugträger
(3), mit diesem eine Verarbeitungseinheit bildend, aufgenommen ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der
Halbzeugträger ringförmig ist und daß in der Blaseinheit (11) der
Blasformstufe (BF, KF) eine Aufnahme für den Halbzeugträger als
Arbeitsring beim Formblasen vorgesehen ist (Fig. 2).
21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die
Außenkontur des Halbzeugträgers (3) in Form, Dicke und Durchmeser
standardisiert ist und das Profil der Innenkontur an den zu formenden
Hohlglas-Formkörper (1) angepaßt ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, gekennzeichnet durch
eine Trenneinrichtung (29) zum Abtrennen des geformten Hohlglas
Formkörpers (1) von dem Halbzeugträger (3).
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch
gekennzeichnet daß zwischen der Bevorratungsstufe (BV) und der
Vorwärmstufe (VW) eine Halbzeug-Kontrollstufe (KV) mit
Einrichtungen zur Zustandskontrolle der Halbzeuge (2) eingeschaltet ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch
gekennzeichnet daß die Wärmeeinrichtungen (4, 4a) in der
Vorwärmstufe (VW) durch einen Durchlauf-Wärmeofen (4) mit
Strahlungsbrennern (4a) gebildet sind.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch
gekennzeichnet daß die Transporteinrichtungen in der Stufe (HB) zum
Bereitsteilen der Halbzeuge (2) durch Schieber (5, 5a) in Verbindung
mit einer Rutsche (6) oder durch einen Greifarm (7) gebildet sind.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wärmeeinrichtungen in der Halbzeug-
Erwärmstufe (HE) alternativ durch einen Wärmestrahler (8), einen Gas-
oder Gas/Sauerstoffstrahler oder einen Mikrowellenstrahler (35-38)
gebildet sind, die in einer weitgehend geschlossenen Kammer,
vorzugsweise unterhalb der Halbwerkzeuge (2), angeordnet sind.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmeeinrichtungen so ausgelegt sind, daß die Halbzeuge (2) auf eine
Temperatur in der Nähe der Blastemperatur, vorzugsweise auf 900°C,
erwärmt werden, mit Aufheizung auf die Blastemperatur in dem
Blaskopf (9) der nachgeschalteten Blasformstufe (KF, BF) durch
Einsatz eines Lasers mit Strahlzufuhr durch eine Bohrung im Blaskopf
(9) für die Zufuhr der Druckluft (Fig. 1H).
28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmeeinrichtungen so ausgelegt sind, daß die weitere Erwärmung auf
Blastemperatur in einem einzigen Schritt in einer gesonderten
Vorrichtung (Fig. 1J) parallel zum Blasprozeß erfolgt.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtungen in der Übergabestufe (ÜE) durch
einen Schwenkarm mit Greifer gebildet sind.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stufen der Halbzeugbereitstellung (HB), der
Halbzeugerwärmung (HE), der Blasformung (BF, KF) und der
Entnahme (BE; KE) als eigenständige Funktionsmodule ausgebildet sind
und das Grundgerüst einer modular aufgebauten Fertigungseinheit (FE)
bilden, dem weitere Module, wie Stielzuführung, Stielpressen
Abtrennen von Überglas, optional hinzufügbar sind.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere
Fertigungseinheiten (FE) modular zu einer Sektion kombiniert sind und
mehrere Sektionen zu einer Produktionseinrichtung zusammengeschaltet
sind.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß jede
Fertigungseinheit (FE) mit einzelnen Funktionsmodulen bestückt ist
(Fig. 6).
33. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere
Fertigungseinheiten (FE) gemeinsame Funktionsmodule aufweisen (Fig.
7).
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch
gekennzeichnet, daß hinter den Fertigungseinheiten (FE) die Stufen der
Halbzeug-Bevorratung (BV), der Halbzeug-Kontrolle (K) und der
Halbzeug-Vorwärmung (VW) angeordnet sind.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch
gekennzeichnet, daß quer vor den Fertigungseinheiten (FE) und längs
zur Produktionseinrichtung eine Abtransporteinrichtung (16) für den
gemeinsamen Abtransport der hergestellten Hohlglas-Formkörper (1)
und eine automatische Formenwechseleinrichtung (33, 34) vorgesehen
ist.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SCHOTT ZWIESEL AG, 94227 ZWIESEL, DE |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SCHOTT GLAS, 55122 MAINZ, DE |
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8130 | Withdrawal |