DE2821871A1

DE2821871A1 - Form zur herstellung von glasgegenstaenden

Info

Publication number: DE2821871A1
Application number: DE19782821871
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Phys Dr Clasen; Hans-Juergen Dipl Ing D Lydtin
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-05-19
Filing date: 1978-05-19
Publication date: 1979-11-22
Also published as: FR2426029A1; DE2821871C2; JPS6111898B2; GB2022072B; BR7903036A; JPS54152012A; GB2022072A; US4286981A; FR2426029B1

Description

"Form zur Herstellung von Glasgegenständen"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Form zur Herstellung von Glasgegenständen hoher Oberflächenqualität mit einer Trennschicht zwischen der Form und dem zu verarbeitenden Glasposten.

Bei der Herstellung von Glaserzeugnissen sind die Oberflächenbeschaffenheit, die Homogenität des Glases sowie die Formtreue von entscheidender Bedeutung. Bei»maschineller Verarbeitung wird durchweg zur Erreichung insbesondere der Formtreue mit einer Form gearbeitet, in der das heiße Glas ausgeformt wird. Dabei kommt es zu Wechselwirkungen zwischen der etwa 1000⁰C heißen Glasschmelze

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und der Form, die in der Regel eine niedrigere Temperatur hat.

Die Form - es kann sich hierbei um für jede Art eines Glasverarbeitungsprozesses geeignete Formen handeln, also z.B. um Formen zum Festblasen oder Gießen oder Pressen oder Schleudern - muß so beschaffen sein, daß nach der Formgebung des Glases dieses nicht an der Form anhaftet, so daß der hergestellte Glasgegenstand leicht entformt werden kann. Dieses Ausschalten von Haftungserscheinungen ist das wesentliche Problem bei der Warmbearbeitung von Glas, da die meisten Formmaterialien bei höheren Temperaturen von Glas benetzt werden. Einen starken Einfluß dürften dabei Oxidschichten haben, die sich bei hohen Temperaturen auf der Oberfläche des Formmaterials bilden und von dem flüssigen Glas angelöst werden. Es kommt auf diese Weise zu einer Haftung des Glases an der Formoberfläche und gleichzeitig zu einem Abtrag an den stark beanspruchten Oberflächenstellen der Form, wodurch schon nach kurzer Zeit die Erneuerung der· Geometrie der -Form erforderlich werden kann.

Die Haftungsprobleme, die sich bei der Verarbeitung eines schmelzflüssigen Glaspostens in einer Glasform ergeben, wurden auf die unterschiedlichste Weise zu lösen versucht. Z.B. ist es aus der DE-OS 25 33 745 bekannt, eine Form zur Herstellung von Glühlampenkolben mit einer dünnen Schicht aus Korkmehl auszukleiden.

Glühlampenkolben werden durch das sog. Festblasen hergestellt, wobei das schmelzflüssige Glas mit Luft in die Form eingeblasen wird. Das Korkmehl verkohlt bei der Berührung mit dem heißen Glas und das Werkstück haftet beim Ausblasen des Lampenkolbens nicht an der Form. Zur Verbesserung der Oberflächenqualität der hergestellten Glaserzeugnisse sowie zur Beeinflussung des Temperaturgefälles zwischen der kalten

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Form und dem heißen Glas wird bei derartigen Formen außerdem durch Einbringen von Feuchtigkeit in die Form ein Dampffilm zwischen dem Glas und der Form erzeugt, der ebenfalls die Haftung des Glases an der Form vermindert und zur Steuerung des Temperaturgefalles beitragen kann. Ein Nachteil bei diesem Verfahren ist, daß die verhältnismäßig dünne Korkmehlschicht verbraucht wird, so daß die Form selbst angegriffen und überarbeitet werden muß.

Für Formen, die für einen Preßprozeß zur Herstellung schwererer Glasgegenstände, z.B. Frontplatte oder Konus einer Bildröhre, benutzt werden sollen, ist eine derartige Auskleidung überhaupt nicht geeignet, da durch den hohen Anpreßdruck die Schutzschicht noch schneller abgetragen wird und Oberflächenstrukturen abgebildet werden. Widerstandsfähigere Schichten für die Herstellung von schweren Preßglasgegenstanden, die nach dem gleichen Prinzip wie die Korkmehlschicht arbeiten, ebenfalls unter Anwendung von Feuchtigkeit, sind z.B. in der DE-OS 25 33 74-5 beschrieben. Es handelt sich hierbei um poröse Schichten aus Hohlglaspulver oder Email mit einer Porosität von 30 bis 70 %. Nachteil dieser Schichten ist, daß die Haftung nur durch die Wasserdampfschicht ausgeschaltet wird, das Hohlglaspulver wird durch das schmelzflüssige Glas aufgeschmolzen und in der Oberfläche des Werkstückes fest eingelagert. Durch die Wasserdampfschicht können sich ungleichmäßige Gaspolster ausbilden, die zu einer Oberflächenwelligkeit führen.

Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, daß es für die Herstellung hochwertiger Glasoberflächen bekannt ist, Formen aus glasartigem Kohlenstoff zu verwenden (DE-OS 21 57 803 und DE-OS 23 56 977). Durch die isotrope Struktur dieses Materials sowie die bekannte Tatsche, daß Kohlenstoff an Glas bis zu Temperaturen von rund 1100⁰C nicht haftet, läßt sich eine gute Formgebung mit ausgezeichneten Oberflächen erzielen.

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Nachteilig ist hier jedoch, daß, bedingt durch den Herstellungsprozeß des glasartigen Kohlenstoffs, nur geringe Materialstärken erreicht und damit nur kleine Preßformen gebaut werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formen zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Formen nicht aufweisen und die besonders zur Herstellung von auch größeren,schwereren Glasgegenständen geeignet sind, an deren Oberflächenqualität hohe Anforderungen gestellt werden, wobei ein Anhaften des zu verformenden Glasschmelzpostens an der Form verhindert und der anschließende Weiterverarbeitungsprozeß der Glasgegenstände bedeutend vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trennschicht eine definierte Verschleißschicht aus vorzugsweise in ein bei Temperaturen r=» 200⁰C verdampfendes, schmelzendes oder sich zersetzendes organisches Bindemittel eingebettetem, hochschmelzendem, korrosions- und zunderbeständigem Kornmaterial einer Härte S 7 entsprechend der Härteskala nach Mohs mit einer Schichtdicke im Bereich von 10 /um bis 2 cm ist.

Das Merkmal "definierte Verschleißschicht" bedeutet, daß die Trennschicht einem definierten Verschleiß während des Glasformgebungsprozesses unterliegt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht ein Teil der Trennschicht aus durch oberflächliche Erhitzung der Schicht und damit Verkokung des Bindemittels eingestelltem Kohlenstoff.

Vorzugsweise ist die Trennschicht aus einer auf die mit dem zu verformenden Glasposten in Kontakt kommende Innenoberfläche der Form aufgebrachten Aufschlämmung aus einem Schleif-

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mittel wie z.B. Quarzsand eines mittleren Korndurchmessers von 5 /um in einem organischen Bindemittel in Form einer 20 ?6igen Lösung von Phenolformaldehydharz in Methanol gebildet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Trennschicht aus einer Mehrschichtenfolge aus mehreren, nacheinander aufgebrachten Schichten, bei denen das Bindemittel jeweils an der Oberfläche der Schichten durch Erhitzung zu Kohlenstoff umgewandelt ist.

Dies hat den Vorteil, daß jeweils definierte Bereiche der Trennschicht vom in der Form gebildeten Werkstück mitgenommen werden und bei einem nachfolgenden Oberflächenbearbeitungsprozeß des Werkstückes, z.B. einem Schleifprozeß, nutzbringend mitverwendet werden können.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine für alle Technologien der Glasformgebung geeignete Form geschaffen ist, die nicht nur das Anhaften des zu verformenden Glaspostens an der Form ausschließt, sondern die Weiterverarbeitung von Glaserzeugnissen, an deren Oberflächenqualität hohe Anforderungen gestellt werden, dadurch außerordentlich vereinfacht, daß das am Glaserzeugnis nach Entnehmen aus der Form anhaftende Material der Verschleißschicht sofort als Schleif- und Poliermittel für die Weiterverarbeitung des Glasgegenstandes benutzt werden kann. Insbesondere für eine Großserienfertigung wirkt sich dieser Vorteil günstig für eine Rationalisierung aus.

Durch die Einlagerung artfremder Partikel aus einem Material, das seine Struktur bei Kontakt mit der heißen Glasschmelze nicht verändert und eine größere Härte als Glas hat in die Glasoberfläche bekommt diese nach dem Ausbrechen der Partikel ein poröses Gefüge und läßt sich wesentlich leichter abtragen, d.h. z.B. schleifen, als dies bei einer kompakten

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geschlossenen Glasoberfläche möglich ist, wobei die ausgebrochenen artfremden Partikel gleichzeitig als Material zur Oberflächenbearbeitung des Glaswerkstückes verwendbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 im Schnitt eine mit einer Trennschicht gemäß der Erfindung ausgekleidete Form zur Herstellung von Glaserzeugnissen,

Fig. 2 im Schnitt einen, aus einer Form gemäß Fig. 1 entnommenen Glasgegenstand vor seiner Weiterverarbeitung durch Schleifen,

Fig. 3 im Schnitt eine Trennschicht als Mehrschichtenfolge auf einer Form,

Fig. 4 die Mehrschichtenfolge gemäß Fig. 3 in vergrößerter Darstellung.

In den Fig. 1 und 2 sind im Schnitt eine Form 1,.hier z.B. eine Preßform, und ein, dieser Preßform entnommener Glasgegenstand 3 dargestellt.

In übertriebener Dicke ist eine Trennschicht 11 an der mit dem zu verformenden Glaäposten in Kontakt kommenden Innenoberfläche der Form 1 dargestellt.

In die Glasform 1 wird in bekannter Weise ein zu verformender Glasposten (in der Zeichnung nicht dargestellt) eingebracht, indem ein über einen Speiser aus einer Glasschmelzwanne austretender Strang aus flüssigem Glas mechanisch mit einer Abschneidevorrichtung in Portionen aufgeteilt wird, die in die Form zur Weiterverarbeitung hineinfallen.

Die Trennschicht 11 der Form 1 ist nun so beschaffen, daß mindestens ein Teil von ihr am heißen zu verpressenden

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Glasposten anhaftet und zusammen mit dem fertigverformten Werkstück der Form entnommen wird.

Ein solches Werkstück 3 ist mit einem Teil 11' der Schicht in Fig. 2 dargestellt.

Das an dem Werkstück 3 anhaftende Material 11' der Trennschicht 11 wird nach dem Entformen als Schleif- und Poliermittel zum Glätten der Oberfläche des Werkstückes 3 weiterverwendet.

Es ist wichtig, daß das Kornmaterial der Trennschicht seine Struktur auch bei einer Erhitzung durch das schmelzflüssige Glas nicht verändert und daß dieses Material eine größere mechanische Härte hat als das mit ihm in Kontakt kommende Glas. Durch die Einlagerung von Partikeln der Trennschicht und ein anschließendes Ausbrechen dieser Partikel durch einen Schleifprozeß bekommt die Glasoberfläche ein Gefüge mit großer Oberflächenrauhigkeit. Ein solcher Glasgegenstand läßt sich in einem anschließenden Eearbeitungsprozeß wesentlich leichter schleifen und polieren als ein Glasgegenstand mit einer kompakten Oberfläche.

Die Schicht 11 wird in regelmäßigen Abständen ohne großen Aufwand in der Form 1 erneuert. Sie kann entweder als Einfachschicht oder mit größerer Schichtdicke als Mehrschichtenfolge (vgl. Fig. 3 und 4) angefertigt werden und besteht aus einem körnigen Material, das entweder lose in die Form eingestreut werden oder in einem Binder fixiert sein kann. Besonders geeignet sind alle als Schleif- und Poliermittel bei der Glasbearbeitung bekannten Materialien, z.B. SiOp (Quarzsand), SiC, Al₂O, und andere.

Die praktische Benutzung der Form gemäß der Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele dargestellt:

Zur Formgebung von Glaserzeugnissen ist es bekannt, Formen

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aus z.B. Holz, Eisen, Gußeisen, Aluminium, Hartkohle, Elektrοgraphit, glasartigem Kohlenstoff, porösen Sintermetallen oder Strahl zu verwenden. Alle für einen Glasfertigungsprozeß geeigneten Formmaterialien sind für eine Beschichtung mit einer Trennschicht gemäß der Erfindung anwendbar. Die Trennschicht kann aus den bereits erwähnten pulverförmigen Hartstoffen aufgebaut werden, wobei eine mittlere Korngröße von 5 /um zu bevorzugen ist.

Das Material der Trennschicht kann als trockenes Pulver auf die mit einem eine Haftung bewirkenden Mittel, z.B. ein Wasserfilm, versehene Innenoberfläche der Form aufgestreut werden.

Es kann jedoch auch so verfahren werden, daß die Partikel des Materials der Trennschicht zunächst in einen geeigneten Binder eingebettet werden. Hier sind solche Binder besonders geeignet, die bei Erhitzung carbonisieren, wobei die auf diese Weise gebildete Kohlenstoffschient bei Kontakt mit dem heißen schmelzflüssigen Glas wegbrennt und die Partikel des Kornmaterials an der Oberfläche der Trennschicht freigesetzt und für einen nachfolgenden Oberflächenbearbeitungs prozeß nutzbar gemacht werden können.

Ausführungsbeispiel I:

Ferner Quarzsand mit einem mittleren Korndurchmesser von 5 /um wird gleichmäßig mit einem organischen Binder überzogen, indem eine 20%ige Lösung von Phenolformaldehydharz in Methanol hergestellt und der Quarzsand darin aufgeschlämmt wird. Die Aufschlämmung wird über eine Düse in einen großen Vorratsbehälter mit kaltem Wasser einer Temperatur von etwa 5 bis 10⁰C gespritzt, wobei sich das Lösungsmittel des Binders im Wasser verteilt und auf den feinen Quarzpartikeln eine gleichmäßige Binderhaut abgeschieden wird. Die umhüllten Quarzpartikel werden abgefiltert und 10 Stunden bei 50⁰C getrocknet. Anschließend wird die getrocknete Masse mit

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etwas Methanol zu einem formbaren Teig aufbereitet und in die Glasform eingefüllt. Die Schichtdicke der auf diese Weise hergestellten Schicht liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 1 ram. Anschließend erfolgt die Carbonisierung des Binders durch langsames Aufheizen der Form auf 1000° C in 5 Stunden unter Stickstoff (Mp)-Atmosphäre.

Beim Einfüllen des heißen, flüssigen Glaspostens auf die erhitzte Trennschicht brennt der Kohlenstoff teilweise weg, so daß eine feine Schicht aus binderfreiem Quarzsand in die Oberfläche des verpreßten Glasgegenstandes eingebaut wird. Diese rauhe Oberfläche des Glaswerkstückes kann auf besonders leichte Weise unter Zuhilfenahme des ausgebrochenen Quarzsandes geschliffen werden.

Ausführungsbeispiel II:

Auf eine ebene Keramikform, z.B. aus Oxidkeramik in Form von gesintertem AIpO^, wird Korundpulver eines mittleren Korndurchmessers von 25 /um aufgestreut und anschließend ein heißer Glasposten verpreßt. Das Korundpulver wird ebenfalls in die Oberfläche des Werkstückes eingebaut und ermöglicht ein leichtes Schleifen der Glasoberfläche. Zur Herstellung der Trennschicht werden 4 g Epoxydharz mit 10 g Korundpulver der angegebenen Korngröße vermischt; diese Mischung wird auf die Keramikform in einer Schichtdicke von einigen mm aufgetragen und in Stickstoff (Np)-Atmosphäre langsam in 5 Stunden auf 1100 C erhitzt, wobei das Epoxydharz carbonisiert wird. Beim Aufbringen des schmelzflüssigen Glaspostens auf die vorerhitzte Trennschicht wird freies Korundpulver in die Oberfläche des Glaswerkstückes eingebaut, was einen anschließenden Oberflächenbearbeitungsprozeß ohne großen Aufwand ermöglicht.

Die Trennschicht kann auch als Mehrschichtenfolge aufgebaut werden. In den Fig. 3 und 4 ist eine solche mehrschichtige Trennschicht 111 mit Teilschichten 21, 31 und 41 auf einer

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Form 1 im Schnitt dargestellt. Ss wird so verfahren, daß zunächst die Schicht 21 einer Dicke von 10 mm in Form einer Aufschlämmung von z.B. Quarzsand eines mittleren Korndurchmessers von 5 /um in Phenolformaldehydharz/Methanol (vgl. Ausführungsbeispiel I) auf die Innenfläche der zu beschichtenden Form 1 aufgetragen und anschließend durch Erhitzen auf 1000 C während einer Dauer von 5 h carbonisiert wird. Auf diese Weise wird das gesamte organische Bindemittel, das das Schleifmittel (z.B. Quarzsand) umschließt, carbonisiert. Auf diese carbonisierte erste Teilschicht 21, 211 wird eine zweite Schicht 31 auf die gleiche Weise wie die Schicht aufgebracht und diese Schicht wird ebenfalls carbonisiert; es bildet sich eine zweite Kohlenstoffschicht 311. Auf diese " Kohlenstoffschicht 311 der Schicht 31 wird eine weitere Schicht 41 nach dem gleichen Verfahren wie die Schichten 21 und 31 aligebracht und ebenfalls carbonisiert, um eine Kohlenstoffschicht 411 zu bilden.

Dieser Mehrschichtenaufbau hat den Vorteil, daß die definierten Teile 21, 31, 41 der Trennschicht 111, jeweils an dem in die Form eingebrachten, zu verarbeitenden schmelzflüssigen Glas haften bleiben. Es hat sich nämlich gezeigt, daß sich gerade im Grenzbereich zwischen den Einzelschichten, z.B. 211 und 311, und den darunterliegenden Teilschichten 21 und 31 eine leichte Trennung des Schichtmaterials, das am Glaswerkstück haftet, von dem Schichtmaterial, das an der Form verbleibt, ergibt, so daß von einem definierten Verschleiß der Innenauskleidung bzw. Trennschicht einer Glasform gesprochen werden kann.

Eine Carbonisierung der Trennschicht kann auch allein durch den Kontakt des heißen, schmelzflüssigen Glases mit der Oberflächenzone der Trennschicht erreicht werden. Diese Art der Carbonisierung empfiehlt sich bei einer dickeren Einzelschicht, vgl. z.B. Fig. 1.

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Claims

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, STEINDAMM 94, 2000 HAMBURG

PATENTANSPRÜCHE:

ί1„ Form zur Herstellung von Glasgegenständen mit einer "Trennschicht zwischen der Form und dem zu verarbeitenden Glasposten, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht eine definierte Verschleißschicht aus vorzugsweise in ein bei Temperaturen > 200°C verdampfendes,schmelzendes oder sich zersetzendes organisches Bindemittel eingebettetem, hochschmelzendem, korrosions- und zunderbeständigem Kornmaterial einer Härte > 7 entsprechend der Härteskala nach Mohs mit einer Schichtdicke im Bereich von 10 /um bis 2 cm ist.
2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Trennschicht (11) aus durch oberflächliche Erhitzung der Schicht hergestelltem Kohlenstoff besteht.
3. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _t daß die Trennschicht (111) aus einer Mehrschichtenfolge aus mehreren,-nacheinander aufgebrachten Schichten (21, 31, 41), bei denen das Bindemittel jeweils an der Oberfläche der Schichten durch Erhitzung zu Kohlenstoff umgewandelt ist, besteht.
4. Form nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kornmaterial der Trennschicht (11, 111) ein Schleifmittel wie Korund, Siliciumcarbid SiC, Schmirgel oder Quarzsand einer mittleren Korngröße im Bereich von 2 bis 50 /um ist.
5. Form nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (11, 111) aus einer auf die mit dem zu verformenden Glasposten in Kontakt kommende Innenoberfläche der Form (1) aufgebrachten Aufschlämmung aus Quarzsand eines mittleren Korndurchmessers von 5 /um in einem organischen Bindemittel in Form einer 20 9f>igen Lösung von Phenolformaldehydharz in Methanol gebildet ist.

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ORtGlNAL INSPECTED