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Verfahren und Vorrichtung zur Wårmebehandltmg
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abgeteilter Glasposten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur vorübergehenden Wärmebehandlung abget ei lt er, einer Glaswanne
entnommener Glasposten, wobei die Vorrichtung einen Zwischentiegel aus hoch temperaturbeständigem
Material aufweist.
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Zur Herstellung von Glaswerkstücken ist eine Portionierung der Glasschmelze
erforderlich. Dies geschieht in bekannter Weise dadurch, daß ein über einen Speiser
aus der Glasschmelzwanne austretender Strang aus flüssigem Glas mechanisch mit einer
Abschneidevorrichtung in Portionen aufgeteilt wird, die sofort weiterverarbeitet
werden. Durch das Einschneiden der kalten Messer der Abschneidevorrichtung - die
Messer haben eine um einige 100°C niedrigere Temperatur als der Glasstrang, der
etwa eine Temperatur von 10000C hat - kühlt die abgeteilte Glasmenge, der Glasposten,
an den Schnittflächen stark ab. Darüberhinaus werden an den Schneidkanten der Messer
der Abschneidevorrichtung häufig Luftblasen und Unebenheiten im Glasposten erzeugt,
die wegen der oberflächlichen Abkühlung des Glaspostens nicht mehr ausheilen können.
Bei einem sofort anschließenden Weiterverarbeitungsprozeß, z.B. Verpressen des Glaspostens
in einer geeigneten Form, bleiben daher diese Fehler erhalten und sind in der Regel
an der Oberfläche des fertigen Werkstückes gut sichtbar. Wenn erhöhte Anforderungen
an die Oberflächen eines Werkstückes aus Glas gestellt werden und keine Möglichkeit
besteht, die erzeugten Oberflächenfehler in Randbereiche oder andere, nicht störende
Zonen des Werkstückes zu verlegen, müssen derartige Fehler in aufwendigen und kostspieligen
Verfahren weggeschliffen werden.
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Es wurden deshalb die verschiedensten Versuche unternommen, durch
veränderte
Bedingungen beim Abtrennen der Glasposten derartige Fehler zu vermeiden.
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Aus der US-PS 1 961 015 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Portionieren von Glas bekannt, bei welchem die von einem Glasstrang abgetrennten
Glasposten zunächst zeitweilig in einen Tiegel aufgenommen werden. Hierbei ruht
der Glasposten auf einem Kissen aus heißer Luft. Die Innenwand des Tiegels kann
mit einem Futter aus Nickel oder Chrom versehen sein, an welchem das Glas nicht
haften soll. Bei der herrschenden Verarbeitungstemperatur in der Größenordnung von
800 bis 14O00C haftet das Glas jedoch schon nach wenigen Sekunden Kontaktzeit an
dem Innenfutter, was zur Folge hat, daß der Glasposten nicht mehr frei aus dem Tiegel
fallen kann.
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Aus der DE-PS 532 440 ist eine Vorrichtung zum Entnehmen von portionierten
Glasmengen aus einem Glasbehälter bekannt, die ein unter dem Glasbehälter angeordnetes
Meßgefäß mit einem darunter befindlichen Leitkanal hat. Durch erhöhte Temperatur
im Leitkanal sollen beim Schneiden entstandene Narben verschmolzen werden. Es hat
sich jedoch gezeigt, daß beim Schneiden des Glaspostens entstandene Narben und Schärfen
durch Erwärmen im Leitkanal nicht ausgeheilt werden können, da die abgetrennte Glasmenge
nicht lange genug im Einflußbereich des erhitzten Leitkanals verbleiben kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, Fehler, die durch das Einschneiden
kälterer Werkzeuge in den heißen Glasposten entstehen (Knippfehler), zuverlässig
auszuheilen, bevor dieser Glasposten weiterverarbeitet wird, ohne daß er während
dieses Vorganges am Zwischentiegel anhaftet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Glasposten
nach Entnahme aus der Glaswanne noch einmal so hoch aufgeheizt wird, daß seine Viskosität
mindestens gleich der Viskosität der Glasschmelze, aus der er entnommen wurde, wird.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischentiegel auf eine Temperatur im Bereich
von 800 bis 14000C aufbelzbar ist und zumindest im Kontaktbereich zum Glasposten
aus porösem, festem Kohlenstoff mit nach außen offenen Poren einer Porengröße zwischen
1 und 2000/um besteht.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch den allmählichen
Abkühlungsprozeß nach Entnahme eines Glaspostens aus einer Glasschmelze eingefrorene
Strukturveränderungen in diesem Glasposten nur dadurch restlos, d.h. so vollständig
beseitigt werden können, daß sie am fertigen Werkstück später nicht noch in Erscheinung
treten, daß der Glasposten noch einmal mindestens bis auf eine Temperatur aufgeheizt
wird, bei der sande Viskosität der Viskosität der Glasschmelze in der Wanne entspricht.
Wichtig ist, daß noch einmal eine möglichst homogene Temperaturverteilung im Glasposten
erreicht wird. Hierzu muß das Tiegelmaterial zumindest im Kontaktbereich zum Glas
so beschaffen sein, daß es bei Temperaturen im Bereich zwischen 800 und 14000C,
vorzugsweise 950 bis 10500C auch über eine längere Zeitspanne, die u.a. abhängig
ist von der Größe des Glaspostens, nicht am Glas haftet.
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Der Erfindung liegt weiter die Erkenntnis zugrunde, daß auf den Glasposten
nicht nur thermisch, sondern auch mechanisch eingewirkt werden kann, um eine Ausheilung
von Knippfehlern zu erreichen.
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Die mechanische Einwirkung erfolgt z.B. durch das Eigengewicht des
Glaspostens oder durch zusätzlich eingesetzte mechanische Mittel, z.B. ist an Stempel
zu denken, die auf den Glasposten einwirken können. Um eine mechanische Einwirkung
über das*5igengewicht des Glaspostens zu erreichen, können die Fallhöhe und die
Tiegelform in zweckmäßiger Weise angepaßt werden. Wenn der Kohlenstoff gemäß Anspruch
4 aus der Gruppe glasartiger Kohlenstoff (glassy carbon), Graphit, Pyrographit oder
Kohlenstoffschaum gewahlt ist, ergibt sich der Vorteil, daß der Verschleiß des Tiegels
durch mechanische und chemische Einwirkungen besonders gering ist, weil diese Kohlenstofformen
gegenüber den genannten Beanspruchungen besonders widerstandsfähig sind. Wird gemäß
*) für den freien Fall des Glaspostens in den Zwischentiegel
Anspruch
3 die Porengröße des Kohlenstoffs im Bereich von 50 bis 200/um geashlt, ergibt sich
der Vorteil, daß die Poren einerseits noch klein genug sind, daß das Glas des Glaspostens
trotz seiner verhältnismäßig niedrigen Viskosität nicht in sie eindringt und sich
dadurch schlecht von der Innenwand des Tiegels ablöst, daß die Poren andererseits
jedoch nicht so klein sind, daß in ihnen enthaltendes Gas nicht dazu beitragen köril?-t;e,
daß das Glas des Glaspostens sich vollständig aus dem Tiegel entfernen läßt.
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Um die Standzeiten eines Tiegels gemäß der Erfindung zu erhöhen und
ihn an seiner Außenfläche gegen Oxidation zu schützen, kann er gemäß Anspruch 5
an seiner dem Glasposten abgewandten Fläche mit einer Schutzschicht, vorzugsweise
aus Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid, überzogen sein.
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Ein wichtiger Vorteil der erfindw1gsgemäßen Vorrrichtung ist, daß
durch die im Tiegelmaterial vorhandenen Poren verhindert wird, daß allzu große van
der Waals'sche Kräfte zwischen dem Glaspos-ten und der Tiegelinnenwand auftreten.
In den Poren des Tiegelmaterials enthaltene Gase verhindern zusätzlich eine Haftung
des Glases am Tiegelmaterial. Außerdem wird durch das Aufheizen des Tiegels selbst
der Glasposten so aufgeheizt, daß wieder die ursprüngliche homogene Temperaturverteilung
und eine Viskosität, die mindestens der Viskosität der Ausgangsschmelze (103 bis
106 Poise) entspricht, im gesamten Glasposten entsteht und damit Knippfehler beseitigt
werden.
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Es lassen sich auf diese Weise erhebliche Nachbearbeitungskosten einsparen.
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Ein weiterer Vorteil ist, daß sich die Vorrichtung gemäß der Erfindung
ohne großen baulichen Aufwand in eine automatische Glasverarbeitungsmaschine, z.B.
eine Glaspresse, integrieren läßt.
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Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben
und ihre Wirkungsweise erläutert. Es zeigen Fig. la bis Ic einzelne Bearbeitungsstufen
beim Herstellen von abgeteilten Glasposten;
Fig. 2 einen Tiegel
gemäß der Erfindung; Fig. 3a und 3b Weiterverarbeitung eines Glaspostens nach dem
Ausheilen von Knippfehlern.
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In Fig. 1a ist ein Glasstrang 1 dargestellt, der eine nicht dargestellte
Schmelzwanne über einen Speiser 3 verläßt. Das Austrittsende 11 des Glasstranges
1 ist hier noch verrundet, zeigt also noch keinen Knipp. Wird dieser Glasstrang
1 mit Messern 5, wie in Fig. Ib dargestellt, portionsweise abgetrennt, entsteht
an der Schnittstelle ein Knipp 7, vgl. Fig. 1c. Dieser Knipp 7 kann durch ein Zurückziehen
des Glasstranges 1 in den Speiser 3 und durch das damit verbundene Wiedererwärmen
des unteren Endes des Glasstranges 1 ausgekehlt werden, vgl. Glasposten 9 in Fig.
1c. Nicht ausgeheilt werden kann jedoch der neue Knipp 77, da während des freien
Falls des Glaspostens 9 in z.B. eine Preßform diese Schnittfläche von außen nicht
mehr schnell genug aufgeheizt werden kann.
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Fällt nun ein solcher Glasposten 9 nicht sogleich in eine Weiterverarbeitungsvorrichtung,
sondern erst in einen auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 14000C aufgeheizten
Tiegel 20 aus einem Material, das bei diesen Temperaturen auch nach längerer Kontaktzeit
vom Glas nicht benetzt wird (vgl. Fig. 2), kann auch der Knipp 77 nach einiger Zeit
ausheilen (vgl. Fig. 3a). Nach einer gewissen Verweildauer wird der Tiegel 20 über
einer Weiterverarbeitungsvorrichtung, z.B. einer Preßform 27 (vgl. Fig. 3b), ausgeleert.
Der Tiegel 20 kann zur Erzielung einer längeren Standzeit zum Schutz gegen Oxidation
mit einer äußeren Schutzschicht 21, z.B. aus Siliciumnitrid Si3N4 oder Siliciumcarbid
SiC überzogen sein. Der Tiegel kann in einem widerstandsbeheizten Ofen 23 auf die
erforderliche Temperatur, maximal 14000C, aufgeheizt werden.
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Die praktische Benutzung der Vorrichtung und die Durchführung des
Verfahrens werden anhand eines Ausführttngsbeispiels beschrieben: Es wird ein Glasposten
erzeugt, indem ein aus einem Speiser austretender Glasstrang mit zwei Schneidmessern
in Portionen aufgeteilt wird. Der Glasposten fällt dann zunächst in einen auf 1000
bis 11000C aufgeheizten Tiegel, z.B. aus porösem Graphit, der
außen
z.B. mit einer Siliciumnitrid-Schutzschicht überzogen ist.
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Um evtl. schädliche Gaseinflüsse auf den Tiegelmantel zu verhindern,
kann die Ofenkammer, in der sich der Tiegel befindet, mit einem Schutzgas,z.B. Stickstoff,
gespült werden.
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Wenn besonders gleichmäßige Temperaturverhältnisse gewünscht werden,
kann ein Deckel für den Ofen vorgesehen werden (vgl.
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Bezugszeichen 25 in Fig. 2). Dieser Deckel deckt den Ofen bis auf
den Moment, in dem der Glasposten in den Tiegel hinein-oder herausfällt, ab. Nach
einer Verweilzeit von 10 bis 60 Sekunden wird der Glasposten in ein Werkzeug zur
Weiterverarbeitung, z.B. die Form einer Glaspresse, gekippt und sofort weiterverarbeitet.
Für Glasverarbeitungsmaschinen mit höheren Frequenzen empfiehlt es sich, einen Revolver
mit mehreren beheizten Tiegeln, in welchen die Knippfehler der einzelnen Glasposten
ausheilen können, einzusetzen.
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