DE2821871C2

DE2821871C2 - Form zur Herstellung von Glasgegenständen

Info

Publication number: DE2821871C2
Application number: DE2821871A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Phys. Dr. 5100 Aachen Clasen; Hans-Jürgen Dipl.-Ing. Dr. 5190 Stolberg 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: 1986-10-30
Also published as: BR7903036A; US4286981A; DE2821871A1; GB2022072B; FR2426029B1; JPS54152012A; JPS6111898B2; GB2022072A; FR2426029A1

Description

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 Vnmmt e<i vn Werhselwirkunsjen zwischen der etwa 1000⁰C heißen Glaschmelze und der Form, die in der Regel eine niedrigere Tempertur 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, v/odurch 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 Zum Beispiel 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 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 tier Form vermindert und zur Steuerung des Temperaturgefälles 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 schwerer 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 Preßglasgegenständen, die nach dem gleichen Prinzip wie die Korkmehlschicht arbeiten, ebenfalls unter Anwendung von Feuchtigkeit, sind z. B. in der DE-OS 25 33 745 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 dei 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 Tatsache, daß Kohlenstoff an Glas bis zu Temperaturen von rund 1100⁰C nicht haftet, läßt sich eine gute Formgebung mit ausgezeichneten Oberflächen erzielen.

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 hone Anforderungen gestellt werden, wobei ein Anhaften des zu verformenden Glasschmelzpostens an der Form verhindert und der anschließende Weiterverarbeitungsprozeß der Glasgegenstände bedeutet vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trennschicht eine definierte Verschleißschicht aus in ein organisches Bindemitel eingebettetem, hochschmelzende"!, korrosions- und zunderbeständigem Kornmaterial einer Härte >7 entsprechend der Härteskala nach Mohs mit einer Schichtdicke im Bereich von Kombis 2 cm ist

Das Merkmal »definierte Verschleißschicht« bedeutet daß die Trennschicht einem definierte, »'-rschleiß während des Glasformgebungsprcues^es u» : Hegt

Nach einer bevorzugten Ausfiihnmgv·.¹·- ι der Erfindung besteht ein Teil der Trennscftir¹" rja durch oberflächliche Erhitzung der Schicht ..J damit Verkokung des Bindemittels eingestellt·· ·-. kohlenstoff.

Vorzugsweise ist die Trei».-"hicht aus einer auf die mit dem zu verformenden Giasposten in Kontakt kommende Innenoberfläche der Form aufgebrachten Aufschlämmung aus einem Schleifmittel wie z. F. Quarzsand eines mittleren Korndurchmessers von 5 μπι in einem organischen Bindemittel in Form einer 20%igen 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 oer Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine für alle Technologien der Glasformgebung geeignete Form geschaffen ist, die nicht nur das Anhaften des zu verformendeK Glaspostens an der Form aussehließt, sondern die Weiterverarbeitung von Glaserzeugnissen, an deren Oberilächenqualität hohe Anforderungen gestellt werden, dadurch außei ordentlich 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 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 zeigt

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

F i g. 2 im Schnitt einen, aus einer Form gemäß F i g. 1 entnommenen Glasgegenstand vor seiner Weitervera··- beitung durch Schleifen,

F i g. 3 im Schnitt eine Trennschicht als Mehrschichtenfolge auf einer Form,

F i g. 4 die Mehrschichtenfolge gemäß F i g. 3 in vergrößerter Darstellung.

In den F i g. 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 Giasposten 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 Glaschmelzwanne austretender Strang aus fiüssigern Glas mechanisch mit einer Abschneidevorrichtung in Portionen aufgeteilt wird, die in Jie Form zur Weiterverarbeitung hineinfallen.

Die Trennschicht 11 der Form 1 ist nun so beschaffen,

daß mindestens ein Teil von ihr am heißen, zu verpressenden Glasposten anhaftet und zusammen mit dem fertigverformten Werkstück der Form entnommen wird.

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

Das an dem Werkstück 3 anhaftende Material 11' der Trennschicht 11 wird nach dem Entformen als Schleifund Poliermittel zum Glätten der Oberflälche 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 diese Material eine größere mechanische Härte hat als das mit ihm in Kontakt kommende Glas. Durch die Einlagerung von Partikeln durch einen Schleifprozeß bekommt die Glasoberfläche ein Gefüge mit großer Oberfläche r>.rauhigkeit Ein solcher Glasgegenstand läßt sich in einem ai.achließenden Bearbeitungsprozeß 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 Schichtdikke 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. S1O2 (Quarzsand). 5!iC, \I2O3 und andere.

Die priktische Benutzung der Form gemäß der Erfindung wird anhano zweier Ausführungsbeisoiele dargestellt:

Zur Formgebung von Glaserzeugnissen ist es bekannt, Formen aus z. B. Holz, Eisen, Gußeisen, Aluminium, Hartkohle, Eitktrographit, glasartigem Kohlenstoff, porösen Sintermetallen oder Stahl zu verwenden. Alle für einen Glasfertigungsprozeß geeigneten Förmmaterialien sind für eine Beschichtung mit einer Tre.nnichicht gemäß der Erfindung anwendbar. Die Trennschicht kann aus den bere^:ts erwähnten pulverförmiger! Hartstoffen aufgebaut werden, wobei eine mittlere Korngröße von 5 μΐη zu bevorzugen ist.

Das Material der Trennschicht kann als trockenes

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Pulver auf die mit einem eine Haftung bewirkenden mehrschichtige Trennschicht 111 mit Teilschichten 21, Mittel, z. B. ein Wasserfilm, versehene Innenoberfläche 31 und 41 auf einer Form 1 im Schnitt dargestellt. Es der Form aufgestreut werden. wird so verfahren, daß zunächst die Schicht 21 einer Es kann jedoch auch so verfahren werden, daß die Dicke von 10 mm in Form einer Aufschlämmung von Partikel des Materials der Trennschicht zunächst in ei- 5 ζ. B. Quarzsand eines mittleren Korndurchmessers von nen geeigneten Binder eingebettet werden. Hier sind 5 μπι in Phenolformaldehydharz/Methanol (vgl. Ausftihsolche Binder besonders geeignet, die bei Erhitzung car- rungsbeispiel I) auf die Innenfläche der zu beschichtenbonisieren, Wobei die auf diese Weise gebildete Kohlen- den Form 1 aufgetragen und anschließend durch Erhitstoffschicht bei Kontakt mit dem heißen, schmelzfluss!- zen auf 1000°C während einer Datier von 5 h carbonigert Glas wegbrennt und die Partikel des Kornmaterials io siert wird. Auf diese Weise wird das: gesamte organische an der Oberfläche der Trennschicht freigesetzt und für Bindemittel, das das Schleifmittel (z. B. Qüärzsand) ume'inen nachfolgenden Oberflächenbearbeitungsprozeß schließt, carbonisiert. Auf diese carbonisierte erste Teilnutzbar gemacht werden können. ' schicht 21,211 wird eine zweite Schicht 31 auf die gleiche Weise wie die Schicht 21 aufgebracht und diese

Ausführungsbeispiel I j5 Schicht wird ebenfalls carbonisiert; es bildet sich eine

zweite Kohlenstoffschicht 311. Auf diese Kohlenstoff-Feiner Quarzsand mit einem mittleren Korndurch- schicht 311 der Schicht 31 wird eine weitere Schicht 41 messer von 5 μΐη wird gleichmäßig mit einem organi- nach dem gleichen Verfahren wie die Schichten 21 und sehen Binder überzogen, indem eine 20%ige Lösung 31 aufgebracht und ebenfalls carbonisiert, um eine Kohvon Phenolformaldehydharz in Methanol hergestellt 20 Ienstoffschicht411 zu bilden.

und der Quarzsand darin aufgeschlämmt wird. Die Auf- Dieser Mehrschichtenaufbau hat den Vorteil, daß die

schlämnsung wird über eine Düse in einen großen Vor- definierten Teile 21,31,41 der Trennschicht 111 jeweils

ratsbehälter mit kaltem Wasser einer Temperatur von an dem in die Form eingebrachten, zu verarbeitenden

etwa 5 bis 10⁰C gespritzt, wobei sich das Lösungsmittel schmelzflüssigen Glas haften bleiben. Es hat sich näm-

des Binders im Wasser verteilt und auf den feinen 25 lieh gezeigt, daß sich gerade im Grenzbereich zwischen

QuarzpartJkeln eine gleichmäßige Binderhaut abge- den Einzelschichten, z. B. 211 und 311, und den darunter

schieden wird. Die umhüllten Quarzpartikel werden ab- liegenden Teilschichten 21 und 31 eine leichte Trennung

gefiltert und lOStunden bei 50⁰C getrocknet Anschlie- des Schichtmaterials, das am Glaswerkstück haftet, von

ßend wird die getrocknete Masse mit etwas Methanol dem Sch; htmaterial, das an der Form verbleibt, ergibt,

zu eine-n formbaren Teig aufbereitet und in die Glas- 30 so daß von einem definierten Verschleiß der Innenaus-

form eingefüllt Die Schichtdicke der auf diese Weise kleidung bzw. Trennschicht einer Glasform gesprochen

hergestellten Schicht liegt vorzugsweise in der Größen- werden kann.

Ordnung von Ί mm. Anschließend erfolgt die Carboni- Eine Carbonisierung der Trennschicht kann auch al-

sierung des Binders durch langsames Aufheizen der lein durch den Kontakt des heißen, schmelzflüssigen

Form auf I000°C in 5 Stunden unter Stickstoff (N₂J-At- 35 Glases mit der Oberflächenzone der Trennschicht er-

mosphäre. reicht werden. Diese Art der Carbonisierung empfiehlt

Beim Einfüllen des heißen, flüssigen Glaspostens auf sich bei einer dickeren Einzelschicht, vgl. z. B. F i g. 1.

die erhitzte Trennschicht brennt der Kohlenstoff teil-

weise weg, so daß eine feine Schicht aus binderfreiem Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Quarzsand in die Oberfläche des verpreßten Glasge- 40

genstandes eingebaut wird. Diese rauhe Oberfläche des
Glaswerkstückes kann auf besonders leichte Weise unter Zuhilfenahme des ausgebrochenen Quarzsandes geschliffen werden.

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Ausführungsbeispiel II

Auf eine ebene Keramikform, z. B. aus Oxidkeramik
in Form von gesintertem Al₂Oj, wird Korundpulver eines mittleren Korndurchmessers von 25 μπι aufgestreut 50
und anschließend ein heißer Glasposten verpreßt Das
Konindpulver wirü ebenfalls in die Oberfläche des
Werkstückes eingebaut und ermöglicht ein leichtes
Schleifen der Glasoberfläche.

Zur Herstellung der Trennschicht werden 4 g Ep- 55
oxydharz mit 10 g Korundpulver der angegebenen
Korngröße vermischt; diese Mischung wird auf die Keramikform in einer Schichtdicke von einigen mm aufgetragen und in Stickstoff (N₂)-Atmosphäre langsam in
5 Stunden auf 1100⁰C erhitzt, wobei das Epoxydharz ω
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 ermög- 65
licht

Die Trennschicht kann auch als Mehrschichtenfolge
aufgebaut werden. In den F i g. 3 und 4 ist eine solche

Claims

Patentansprüche:

1. Form zur Herstellung von Glasgegenständen mit einer Trennschicht zwischen der Form und dem zu verarbeitenden Glasposten, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (11, 111) eine definierte Verschleißschicht aus in ein organisches BLndemitel eingebettetem, hochschmelzenden, korrosions- und zunderbeständigem Kornmaterial einer Härte >7 entsprechend der Härteskala nach Mohs mit einer Schichtdicke im Bereich von 10 μπι 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, daß die Trennschicht (111) aus einer Mehrschichtenfolge aus mehreren, nacheinander aufgebrachten Schichten (21,31,41), bei denen das Bindemittel jeweils sn der Oberfläche der Schichten durch Erhitzung zu Kohlenstoff umgewandelt ist, besteht

4. Form nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn-• zeichnet, daß das Kornmaterial der Trennschicht (11,111) ein Schleifmittel wie Korund, Siliciumcarbid SiC, Schmirgel oder Quarzsand einer mittleren Korngröße im Bereich von 2 bis S.0 μπι ist

5. Form nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (1 i, 111) aus einer auf die mit dem zu verformenden Glasposten in Kontakt kommende *nnenoberfläche der Form (1) aufgebrachten Aufschlämmung aus Quarzsand eines mittleren Korndurchmessers, von 5 ._λι in einem organischen Bindemittel in Forn eir ;r 20°/oigen Lösung von Phenolformaldehydharz in Methanol gebildet ist

6. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das organische Bindemittel ein bei Temperaturen >200°C verdampfendes,schmelzendes oder sich zersetzendes Bindemittel ist