DE19959506A1 - Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers - Google Patents

Abstract

Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers bekannt, bei welchem eine erweichte Glasmasse mittels einer Nadel, die von einem Kühlmittelstrom gekühlt wird, durchbohrt wird. Um das bekannte Verfahren so zu modifizieren, daß eine bessere Qualität der Durchgangsbohrung der Glaskugeln erzielt werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Kühlmittelstrom (7) aus einem kaltverflüssigten Gas (9) entnommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers, indem eine erweichte Glasmasse mittels einer Nadel, die von einem Kühlmittelstrom gekühlt wird, durchbohrt wird.

Derartige Glaskörper werden zum Beispiel als Glasperlen oder Glaskugeln in der Schmuckindustrie eingesetzt. Die Glaskugeln weisen eine Durchgangsbohrung auf, durch die beispielsweise ein Faden gezogen wird. Bisher wird diese Durchgangsbohrung erzeugt, indem ein erweichter Glasposten in Kugelform gebracht und mit einer Metallnadel durchbohrt wird. Beim maschinellen Herstellungsverfahren erwärmt sich die Metallnadel durch kontinuierliches Eintauchen in die heiße Glasmasse. Zum Schutz vor thermischer Beschädigung wird die Metallnadel daher beim Herausziehen aus der Glasmasse gekühlt, indem ein Kühlwasserstrom über die Metallnadel geleitet wird.

Bei dem bekannten Herstellungsverfahren bilden sich im Bereich der Innenwandung der Durchgangsbohrung kleine Risse aus. Diese werden je nach Anforderung an die Qualität der Glaskugeln aufwendig durch Polieren und/oder Säure-Ätzen entfernt. Die als Ätzmittel eingesetzten Säuren fallen in großen Mengen an und müssen anschließend entsorgt werden. Darüber hinaus zeigt sich, daß sich die Beschaffenheit der Innenwandung im Bereich des Nadel-Eintritts zu dem Bereich um den Austritt der Nadel unterscheidet. Üblicherweise ist jedoch eine gleichbleibende Qualität der Durchgangsbohrung über ihre gesamte Länge erwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannten Verfahren so zu modifizieren, daß eine bessere Qualität der Durchgangsbohrung der Glaskugeln » erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kühlmittelstrom aus einem kaltverflüssigten Gas entnommen wird.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß eine Kühlung der Nadel mit einem Kühlmittelstrom aus einem kaltverflüssigten Gas nicht nur die thermische Beständigkeit der Nadel gewährleistet, sondern sich auch in mehrfacher Hinsicht positiv auf die Qualität der Durchgangsbohrung auswirkt. Es wird eine Durchgangsbohrung mit einer - im Vergleich zum bekannten Verfahren - deutlich besseren Oberflächenqualität erhalten. Die Häufigkeit und Tiefe von Rissen ist geringer, und die Oberflächenqualität der Durchgangsbohrung ist über ihre gesamte Länge im wesentlichen konstant. Dadurch kann eine aufwendige Nachbearbeitung der Innenwandung ganz oder teilweise entfallen.

Bei dem bekannten Verfahren verdampft an der Nadel anhaftendes Kühlwasser beim Einstich in die heiße Glasmasse. Durch die Verdampfungswärme wird der Bereich um den Nadel-Eintritt stärker gekühlt, als der Bereich um den Austritt der Nadel. Darüberhinaus gelangt Kühlwasser in Kontakt mit der heißen Glasoberfläche, was insbesondere im Bereich der frisch erzeugten Innenwandung der Durchgangsbohrung zu einer raschen Abkühlung des Glases und zu Rissen führt.

Demgegenüber bewirkt die Kühlung der Nadel mit einem Kühlmittelstrom aus einem kaltverflüssigten Gas eine im wesentlichen gleichmäßige Kühlung der Nadel. Denn vor dem Einstich in die heiße Glasmasse haftet auf der Nadeloberfläche keinerlei verdampfbare Flüssigkeit. Dies wird entweder dadurch erreicht, daß der Kühlmittelstrom gasförmig ist, oder - im Falle eines flüssigen Kühlmittels - durch die hohe Verdampfungsrate der kaltverflüssigten Gase bei den üblichen Betriebstemperaturen des Verfahrens. Ein Kontakt von flüssigem Kühlmittel und dem zu kühlenden Gas ist daher ausgeschlossen und die Nadel weist vor dem Einstich in die heiße Glasmasse über ihre Einstichlänge eine etwa gleiche Temperatur auf. Die Bildung von Rissen im Bereich der Innenwandung der Durchgangsbohrung wird dadurch vermieden und es wird eine gleichbleibende Qualität der Durchgangsbohrung erhalten.

Der aus einem kaltverflüssigten Gas entnommene Kühlmittelstrom kann als Gasstrom oder als Flüssigkeitsstrom auf die Nadel einwirken. Bevorzugt wird jedoch zur Kühlung der Nadel ein Kühlmittelstrom in Form eines Gasstromes eingesetzt. Hierzu wird zum Beispiel kaltverflüssigtes Gas in einem vakuumisolierten Tank, einem sogenannten Kryobehälter, bereitgestellt. Im Tank verdampft das flüssige Kühlmittel und bildet oberhalb der Flüssigkeit eine Gasphase. Der Tank ist mit einer Entnahmeleitung für das Kühlmittel versehen. Die Entnahmeleitung kann sowohl in das flüssige Kühlmittel eintauchen, oder oberhalb der Flüssigkeit enden. Im erstgenannten Fall wird zwar flüssiges Kühlmittel aus dem Tank entnommen. Dieses verdampft aber unter Bildung des Gasstromes spätestens im Bereich der heißen Nadel.

Es hat sich als günstig erweisen, die Nadel auf eine Oberflächentemperatur im Bereich zwischen 150°C und 250°C zu kühlen. Unter der Oberflächentemperatur wird dabei diejenige Temperatur verstanden, die auf der Nadeloberfläche im Bereich der Nadelspitze unmittelbar vor dem Einstich in die heiße Glasmasse gemessen wird.

Die Qualität der Durchgangsbohrung wird durch eine gleichmäßige Oberflächentemperatur verbessert. Bevorzugt weist die Temperatur der Nadeloberfläche von der Spitze der Nadel über eine Länge, die mindestens der Länge der Durchgangsbohrung entspricht, eine Temperaturdifferenz von höchstens 50°C auf.

Zur Durchführung des Verfahrens sind kaltverflüssigte Gase wie Luft, Stickstoff oder Sauerstoff geeignet. Vorzugsweise wird Stickstoff eingesetzt. Stickstoff ist verhältnismäßig preiswert und verhält sich gegenüber den meisten Werkstoffen inert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. Als einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung.

Fig. 1 eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung in einer Draufsicht.

In der Draufsicht von Fig. 1 ist eine Metallform 1 ersichtlich, die mit einer Vielzahl kalottenförmiger Vertiefungen 2 versehen ist. Die Vertiefungen 2 dienen jeweils zur Aufnahme einer erweichten Glasmasse 3 in Kugelform mit einem Außendurchmesser von etwa 6 mm.

Seitlich zur Metallform 1 ist eine Nadelbank 4 angeordnet, die mit einer Vielzahl von Nadeln 5 aus oberflächengehärtetem Edelstahl bestückt ist. Die Nadelbank 4 ist zwischen einer Wartestellung und einer Arbeitsstellung hin- und herbewegbar, wie dies durch den Richtungspfeil 6 angedeutet ist.

Die Nadeln 5 sind horizontal ausgerichtet und weisen einen Außendurchmesser von 1 mm auf. Jede der Nadeln 5 korrespondiert mit einer der kalottenförmigen Vertiefungen 2. In der Arbeitsstellung (in Fig. 1 dargestellt) ragt jeweils eine Nadel 5 durch eine der Vertiefungen 2 hindurch. In der Wartestellung sind die Nadeln 5 aus der Metallform 1 herausgezogen.

Die Nadelbank 4 ist mit einer Leitung 7 für ein Kühlgas in Form eines Stickstoffstromes verbunden. Der Stickstoffstrom wird aus einem vakuumisolierten Kryotank 8 entnommen, in dem verflüssigter Stickstoff 9 bei einer Temperatur von ca. -196°C gehalten wird. Die Leitung 7 endet in der Gasphase 10 oberhalb des verflüssigten Stickstoffes 9.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren anhand Fig. 1 beschrieben:
In die kalottenförmigen Vertiefungen 2 der Preßform werden jeweils kugelförmige Glasmassen 3 aus einem gefärbten, erweichten Kalknatronglas gefüllt. Die Oberflächentemperatur der Glasmassen 3 beträgt dabei etwa 600°C°. Zur Erzeugung einer Durchgangsbohrung in jeder der Glasmassen 3 wird anschließend die Nadelbank 4 von der Wartestellung in die (in Fig. 1 dargestellte) Arbeitsstellung bewegt. Dabei durchstoßen die Nadeln 5 die noch weiche Glasmasse 3. Der Durchmesser der so erzeugten Durchgangsbohrung beträgt 1 mm und ihre Länge entspricht jeweils dem Außendurchmesser der kugelförmigen Glasmasse, im Ausführungsbeispiel also etwa 6 mm.

Danach wird die Nadelbank 4 in die Wartestellung zurückbewegt. Über die Leitung 7 wird dabei tiefkalter, gasförmiger Stickstoff aus dem Kryotank 8 abgezogen und den Nadeln 5 geregelt zugeführt. Um eine gleichmäßige Kühlung zu gewährleisten, ist jede der Nadeln 5 mit einer eigenen Stickstoff-Zufuhr für die Kühlung versehen. Im Bereich der Nadelspitze 11 stellt sich dabei eine mittlere Oberflächentemperatur von etwa 200°C ein. Der gasförmige Stickstoff gewährleistet eine gleichmäßige Kühlung der Nadeln 5, so daß sich über die Länge der Nadeln 5 eine konstante Oberflächentemperatur einstellt. In eine Abstand von 6 mm von der Nadelspitze beträgt die Temperatur etwa 215°C.

Nach dem Entleeren und Wiederbefüllen der Metallform 1 wird die Nadelbank 4 zur Durchführung des nächsten Arbeitsganges wieder in die Arbeitsstellung gebracht. Dabei ist keine Flüssigkeit an der Nadeloberfläche vorhanden. Die mit einem plötzlichen Verdampfen anhaftender Flüssigkeit einhergehenden Probleme (rasches und ungleichmäßiges Abkühlen von Nadel 5 und Durchgangsbohrung) werden so vermieden.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene, gleichmäßige Kühlung der Nadeln 5 vor dem Kontakt mit der heißen Glasmasse 3 wird eine Durchgangsbohrung mit guter Oberflächenqualität erhalten. Es sind nur wenige Risse erkennbar, die auch nur eine geringe Tiefe aufweisen, so daß eine Nachbearbeitung durch Polieren oder Ätzen nicht erforderlich ist. Darüber hinaus ist die Oberflächenqualität der Durchgangsbohrung über ihre gesamte Länge im wesentlichen gleich gut.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers, indem eine erweichte Glasmasse mittels einer Nadel, die von einem Kühlmittelstrom gekühlt wird, durchbohrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelstrom (7) aus einem kaltverflüssigten Gas (9) entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittelstrom (7) ein Gasstrom eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadel (5) auf einer Oberflächentemperatur im Bereich von 150°C und 250°C gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Temperatur der Nadeloberfläche von der Spitze (11) der Nadel (5) über eine Länge, die mindestens der Länge der Durchgangsbohrung entspricht, um höchstens 50°C unterscheidet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als kaltverflüssigtes Gas Stickstoff eingesetzt wird.