DE3306253C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von Formteilen aus Glas - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von Formteilen aus GlasInfo
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Abstract
Eine Glasschmelze wird unter Druck in eine temperierte Form mit einer Einströmgeschwindigkeit von 10 und 1 m/s eingefüllt. Die Volumenverminderung der Glasmasse in der Form wird bei fortschreitendem Erstarren durch Zufuhr weiterer Schmelze aus dem Gießrest, der unter Druck steht, aufgefüllt. Daraufhin wird das Formteil druckfrei in der Form bis zur Erstarrung abgekühlt, ausgeformt und ggf. entspannt. Die Form weist einen Preßzylinder (5) mit Preßkolben (6) auf, der die Glasschmelze in die Form drückt und den Nachdruck auf den Gießrest bewirkt.
Description
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man Einströmgeschwindigkeiten von 9 bis 2 m/s einhält
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Einspritzdruck von
50 bis i OOü bar anlegt
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Einspritzdruck von 250 bis
750 bar anlegt
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man der; Druck während der
Zeit zwischen der Formfüllung und dem Zeitpunkt, zu dem die Glasmasse im wesentlichen verfestigt ist,
vom Gießdruck allmählich bis auf 25 bis 0% des Gießdrucks absenkt
6. Verfahr:,! nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß man 4en Dfick vom Gießdruck
hyperbolisch absenkt
7. Verfahren nach Ansprue1"-1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß man das Formteil nach dem Entfernen entspannt
S. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Formteil nach dem Entformen zusätzlich von 550 bis 1000C entspannt
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Form auf 250 bis 600° C
vorwärmt oder temperiert
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine zumindest zweiteilige temperierbare
oder vorwärmbare Form, deren Anguß- oder Hauptkanal mit einem Preßzylinder (5) verbunden
ist, in welchem ein Preßkolben (6) wirkt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Preßkolben (6)
ein Nachdruckkolben vorhanden ist, dessen Bewegungsrichtung der des Preßkolbens entspricht
12. Vorrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachdruckkolben teleskopartig
verschiebbar ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Glas, wobei unter Glas
hier nicht nur üblicherweise in der Glasindustrie verarbeitetes Glas verstanden wird, sondern auch
vulkanisches Glas, wie Basalt und Lava. Diese vulkanischen Gläser lassen sich — wie in der
Glasindustrie Uberlicherweise verarbeitete Schmelzen — abgießen, da sie etwa im gleichen Temperaturbereich·
schmelzen und ähnliche Theologische Eigenschaften besitzen.
Aus der Gießereitechnik der metallverarbeitenden Industrie sind Druckgußverfahren bekannt, bei denen
eine Metallschmelze mit einer Gießtemperatur in der Größenordnung von 650 bis 950° C plötzlich, d. h. — je
nach Größe des abzugießenden Formteils — innerhalb von 0,03 bis 3 s in eine Form gepreßt wird Zur
einwandfreien Formfüllur.g ist ein derartiger nahezu
ίο explosionsartiger Formfüll-Vorgang aufgrund der hohen
Wärmeleitfähigkeit der Metallschmelze erforderlich. Würde das Formfüllen nicht in derart kurzen Zeiten
stattfinden, so könnte die Form nicht vollständig gefüllt werden, da der Wärmev-rlust der Metallschmelze über
die kältere Form so groß so groß wäre, daß es zu einer vorzeitigen Erstarrung der Schmelze käme.
Aus der Kunststoff verarbeitenden Industrie sind Spritzgußverfahren bekannt, bei denen fließfähige
Kunststoffmassen mit Hilfe eines Druckkolbens einer Spritzdüse zugeführt werden, welche die Kunststoffmassen
in einen Ausgußverteiler oder Hauptkanal und von diesem in einen Formhohiraum drückt Die
Spritzgieß-Temperaturen liegen je nach Kunststoffart in der Größenordnung von etwa 150 bis etwa 300° C.
Die Gießtemperaturen für Gläser liegen je nach Glasart zwischen etwa 800 bis 1400° C. Glasschmelzen
zeichnen sich durch relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aus. Darüber hinaus bestehen zwischen Glasschmelzen
und Metallschmelzen hinsichtlich der Viskosität, dem Theologischen Verhalten und den daraus resultierenden
Eigenschaften der Formkörper wesentliche Unterschiede.
Schließlich ist das Pressen von Glasgegenständen bekannt, wobei eine etwa teigige Glasmasse als Tropfen
drucklos in eine Form gefüllt und durch den Form-Schließdruck in dem Formhohiraum gepreßt
wird. Bei der Herstellung von Preßglas sind Viskositäten, die einer fließfähigen Glasschmelze entsprechen,
unüblich.
Aufgabe der Erfindung ist äs, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Formtei'en derart
weiterzubilden, daß sich auch hochwertige, mit hoher Genauigkeit form- und maßhaltige Gegenstände einfach,
schnell und sicher abgießen lassen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst
Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit von Glasschmelzen dauert das Füllen der Form mehrere
Sekunden oder mindestens mehrere Zehntelsekunden.
In der Praxis haben sich — je nach Größe des abzugießenden Gegenstandes — Formfüllzeiten zwischen
03 und 30 s als geeignet erwiesen.
3eim Gießvorgang nach der Erfindung sind drei Stufen zu unterscheiden:
A) Das Einströmen der Schmelze unter Druck bis zur vollständigen Form-Füllung;
B) das Nachdrücken von Schmelze aus dem Gießrest während der allmählichen Verfestigung der Glasmasse
in der Form und schließlich
C) das Abkühlen in der Form, bis die Erstarrung soweit fortgeschritten ist, daß das Formteil
entformt werden kann.
Durch die bei diesen drei Stufen herrschenden Zustände, Vorgänge und Ergebnisse unterscheidet sich
das erfindungsgemäße Verfahren zum Abguß von Glasschmelzen von der Metall-Druckgußtechnik und
von der Kunststoff-Spritzgußtechnik sowie auch von der Herstellung von Preßglas.
Je nach Größe des abzugießenden Gegenstandes läßt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die
niederviskose Glasschmelze — im Gegensatz zu einer teigigen Masse für die Preßglasherstellung — in die
Form mit Einströmgeschwindigkeiten im Angußbereich von etwa 10 bis 1 m/s, vorzugsweise 9 bis 2 m/s,
einströmen — im Gegensatz zum Metalldruckgußverfahren, wo Ein?trömgeschwindigkeiten zwischen 25 und to
90 m/s üblich sind. Unter dem Begriff Angußbereich wird hier der Übergang von Anguß oder Hauptkanal in
den Formhohlraum verstanden.
Dieses verhältnismäßig langsame Einpressen der Glasschmelze in die Form steht mit der Benetzung der
Forminnenwand mit Glasschmelze in Beziehung. Die in den Formhohlraum einströmende Schmelze erstarrt an
der Innenfläche der vorgewärmten Form relativ schnell und bildet eine Haut oder Randzone, innerhalb der sich
ein fließfähiger Kernbereich aus Schmelze unter dem auf ihr lastenden Druck vorwärts bis zur vollständigen
Füliung der Fenr. bewegt
Die sich beim Einpressen der Glasschmjlze in die
Form an der Forminnenwand bildende Haut aus erstarrter Schmelze hat im allgemeinen eine Stärke von
0,1 bis 1 mm.
Die Fließfront der Schmelze wird erfindungsgemäß in
der Form in Abhängigkeit von der Viskosität der Schmelze derart vorangetrieben, daß Riefen an der
Oberfläche des Formteils, Verschiebungen der erstarrenden
Schmelze an der kälteren Innenfläche der Form und Blasenbildung vermieden werden. Die sich an die
Forminnenwand dicht anlegende, sofort erstarrende Randschicht isoliert den leicht fließenden Kern des
Massestroms gegen schnelle Abkühlung. Dieser bewegt J5
sich mit relativ geringem Druckverlust bis zur Fließfront; immer wieder tritt frische Masse aus diesem
leicht fließenden Kern des Massestroms an die Fließfront und wird selbst durch die nachströmende
Masse gegen die kältere Formwand gepreßt, um dort zu -»o
erstarren. Dieser Vorgang schreitet fort bis zur vollständigen Füllung der Form.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch komplizierte Formen, beispielsweise Verrippungen,
runde oder eckige Durchbrüche, Gewinde, ■>?
Flanschen, Dichtflächen, eingelegte Metallteile, Rohrfittings, Endverschlulistücke, Abdeckkappen, Wärmeaustauscherelemente
oder dergleichen, vollständig und formgetreu ausfüllen. Von besonderer Bedeutung bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Möglichkeit, >»
lange Fließwege der Schmelze zu erreichen, womit eine vollständige Formfüllung und maßgetreue Formabbildung
gewährleistet ist.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beschleunigte Erstarrung der Masse an der kälteren Forminnenwand
läßt unter der von innen nach außen über die Querschnittsfläche des Formhohlraums durch Volumenschrumpfung
wirkenden Zugkraft an der Oberfläche des fertigen Formteils eine Druckspannung entstehen.
Während des Füllvorgangs steht der erstarrende Massestrom, in dem es zu Längsverschiebungen
innerhalb der Schmelze gegenüber der bereits erstarrten Randzone kommt, unter einem erheblichen Druck;
dieser Druck führt zu einer Längsorientierung des Gefüges. Diese Orientierungen führen zu einem
Umkippen der normalerweise kerbempfindlichen Schwachstellen im Gefüge in Strömungsrichtung. Durch
diese speziellen Strömi .igsverhältnisse bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren erreicht man aiso nicht nur eine Oberflächenhärtung der Gegenstände durch die
Druckspannung, sondern auch eine Erhöhung der Biegefestigkeit durch Eliminierung von Schwachstellen
in Folge der Längsorientierung des Gefüges.
Die Wandergeschwindigkeit der Fließfront der Schmelze in der Form beträgt etwa die Hälfte bis '/3 der
Strömungsgeschwindigkeit der Glasschmelze im Kernbereich des Massestroms, welcher von den erstarrten
Randzonen umgeben ist
Um derartige Strömungs- und Erstarrungsbedingungen der Glasschmelze zu erreichen, wird das Formwerkzeug
soweit vorgewärmt, daß die Schmelze beim Einströmen elastisch und ohne Verschiebungen an der
Forminnenwand haftet und dort erstarrt Die Vorwärmetemperaturen für die Gießform richten sich daher
nach der Gießtemperatur und der Verfestigungstemperatur des Glases; beide hängen bekanntlich von der Art
des Glases ab. Für den Abguß von Bleikristall- oder Kalknatrongläsern werden Formtemperaturen in der
Größenordnung von 300 bis 7000C eingehalten. Die bevorzugte Vorwärmtemperatur iur die-Verarbeitung
üblicher Glassorten liegt in der Größenordnung von 500 bis 550° C. Für die Kalknatrongläser mit einem
Schmelzpunkt von etwa 15500C ist mit einer Gisßtemperatur
von 1400°C für dünnwandige und ca. 95O0C für
dickwandige Teile zu rechnen. Eine Vorwärmetemperatur der Form von 350 bis 5000C ist beispielsweise für
Glas-Verfestigungstemperaturen zwischen 500 und 5500C geeignet Die Verfestigungstemperaturen von
vulkanischen Gläsern liegen im allgemeinen höher, und zwar in der Größenordnung von 650 bis 7000C, so daß
man in diesem Fall mit einer Vorwärmtemperatur für die Form von 450 bis 6000C rechnen kann.
Ober den Anguß wird in die Form ein etwas größeres Volumen an Glasschmelze, als es für die Formfüllung
erforderlich ist, mit Hilfe eines Kolbens oder ähnlich wirkenden Bauteils unter Druck eingeführt, um das oben
beschriebene Fließen und vollständige Fül'en der Form
zu bewirken. Ist die Form gefüllt und schreitet die Erstarrung der Glasmasse fort, wird durch den auf der
Glasmasse noch immer lastenden Druck die mit fortschreitender Abkühlung verbundene Volumenverminderung
kompensiert und gleichzeitig die anfänglich erstarrte Randzone an die Forminnenwanu gedrückt,
wodurch nicht nur die Maßgenauigkeit, sondern vor allem auch die Oberflächengüte des Formteils gegenüber
üblichen Gießverfahren verbessert wird. Gleichzeitig wird verhindert, daß sich im Inneren der
Glasmasse Vakuumlöcher ausbilden. Schrumpfspannungen im Inneren der Masse, welche die oben erwähnten,
die Festigkeit steigernden Druckspannungen im Oberflächenbereich des Formteils erzeugen, werden dagegen
durch das erfindungsgemäße Verfahren begünstigt.
Ist die Glasmasse innerhalb der Form weitestgehend verfestigt, wird der Druck auf sie ganz oder praktisch
ganz aufgehoben und es erfolgt durch weitere Abkühlung die vollständige Erstarrung der Masse,
wobei sich das Formteil von der Forminnenfläche ablöst, ohne sich jadoch zu verziehen. Meistens reicht
eine kurze Zeit zwischen der Druckentlastung und dem Entformen.
Nach dem Entformen wird der dem Formteil noch anhaftende Gießrest aus dem Angußkanal — zweckmäßigerweise
vor dem vollständigen Abkühlen — abgenommen.
Gegebenenfalls kann man dann das Formteil in üblicher Weise entspannen, d. h. langsam von etwa 500
auf etwa 10O0C abkühlen. Durch diese Maßnahme läßt
sich die Temperaturwechselbeständigkeit der Formteile erhöhen.
Das auf diese Weise hergestellte Formteil zeichnet sich durch hohe Maßgenauigkeit und gute Oberflächenqualität aus, so daß im allgemeinen ein Nacharbeiten,
insbesondere spanendes Nacharbeiten, nicht erforderlich ist.
Der Gießdruck hängt von der Größe und der Wandstärke der herzustellenden Körper ab; jedoch
kann man einen Druckbereich zwischen 50 und 1000 bar
als geeignet angegeben. Bevorzugt arbeitet man mit 250 bis 750 bar. Zweckmäßigerweise sind der Druck und die
Einströmgeschwindigkeit stufenlos regelbar.
Der auf der Glasmasse nach der Form-Füllung während der allmähnlichen Verfestigung des Kerns der
Masseströmung zur Einwirkung gebrachte Druck (Nachdruck) wird zweckmäßigerweise nicht während
der ganzen Zeit auf der gleichen Höhe gehalten, sondern vom Gießdruck allmählich abgesenkt und zwar
auf einen Bereich von 25 bis 0% des Gießdrucks.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich beispielsweise eine Kaltkammer-Einspritzvorrichtung, wie sie aus der Metall-Druckgußtechnik bekannt ist. Der Einpreßzylinder und der Einpreßkolben müssen aus speziellen warmfesten Werkstoffen
bestehen und werden getrennt vorgewärmt oder temperiert; ihre Vorwärmung oder Temperierung ist
abhängig von dem abzugießenden Gegenstand, von der Art des zu verarbeitenden Glases und von dem
Prozeßtakt und liegt in der Größenordnung zwischen 250 und 6000C. Bei einer speziellen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist neben dem Einpreßkolben, der die Glasschmelze in den Formhohlraum befördert, ein Nachdruckkolben vorgesehen, der
unabhängig von dem Einpreßkolben betätigbar ist und gezielt auf den fließfähigen Kern des Glasstromes
einwirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und eine hierfür geeignete Vorrichtung wird anhand schematischer
Zeichnungen am Beispiel der Herstellung einer Halbkugel näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine Gießvorrichtung in verschiedenen Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.2 die Strömungs- und Erstarrungsverhältnisse
im Formhohlraum und
F i g. 3 den Massestrom während seines Vorschreitens zwischen den Wandungen der Form.
Die Vorrichtung nach F i g. 1 ist aufgebaut aus einer festen Formhälfte I, die an einer Formplatte 2 befestigt
ist, und einer bewegbaren Formhälfte 3, die an einer Formplatte 4 befestigt ist. Beim Abguß von z. B,
Kalknatronglas werden die beiden Formhälften auf 5000C vorgewärmt. In einem Preßzylinder 5 befindet
sich ein axial bewegbarer Preßkolben 6. In den Preßzylinder 5 wird aus einer Gießkammer 7 über einen
Einlauftrichter Glasschmelze 8 mit einer Temperatur von etwa 1250° C eingegossen. Bei Betätigung des
Preßkolbens 6 wird die Glasschmelze in einen ίο Formhohlraum 9 gedruckt (F i g. 1 a). Die Zuhaltedrücke
je cnv Projektionsfläche liegen in der Größenordnung von 50 bis 500 bar.
Das Volumen der in den Preßzylinder 5 eingeführten Schmelze ist etwas größer als das Fassungsvermögen
des Formhohlraums 9, so daß im Preßzylinder 5 ein Gießrest 10 verbleibt (F i g. Ib). Während der fortschreitenden Erstarrung der Glasmasse im Formhohlraum 9
wirkt mit Hilfe des Preßkolbens 6 auf den Gießrest 10 ein (gleichmäßigerweise mit der Zeit abnehmender)
Druck ein, wodurch entsprechend der Voiumenabnahme der erstarrenden Glasmasse Glasschmelze aus dem
Gießrest nachgedrückt werden kann, weil dieser im Arbeitsablauf zuletzt erstarrt.
Sobald die Glasmasse im Formhohlraum 9 weitestgehend verfestigt ist, wird diese und der Gießrest vom
Druck entlastet und die Glasmasse kann in der Form druckfrei vollständig erstarren. Dabei löst sich das
Glasformteil von der Formhälfte 1 und schrumpft auf die Formhälfte 3 auf. Nun wird die Form geöffnet, indem
die Formplatte 4 mit der Formhälfte 3 in Pfeilrichtung bewegt wird (Fig. Ib). Damit wird auch das Glasformteil mit Gießrest aus der Formhälfte 1 gezogen und
schließlich von Auswerferbolzen U auf einer Platte 12 von der Formhälfte 3 abgehoben (Fig. Ic). Nun wird
der Gießrest 10' abgetrennt und das Gießformteil 9' in einem üblichen Kühlofen bis auf etwa 100° C abgekühlt.
In F i g. 2 sind die beiden Formhälften 1 und 3, der
Anguokänäi, der rrcSzyKüder 5 und der Preßkolber. 6
gezeigt Die eingepreßte Glasschmelze hat an der Forminnenwand eine erstarrte Randschicht 13 gebildet
während der Kern des Massestroms 14 noch fließfähig ist und mit Fortschreiten der Fließfront 15 die Form
erfüllt
In Fig.3 sind die Strömungsverhältnisse im Bereich
der Fließfront im Detail gezeigt
Bei einer speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Preßkolben 6 zentral
einen teleskopartig bewegbaren Nachdruckkolben auf, der gezielt auf den fließfähigen Kern des Massestroms
so aber den Gießrest wirkt'
Claims (1)
1. Verfahren zum Gießen von Formteilen aus Glas, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) eine Glasschmelze unter Druck in 'eine vorgewärmte
oder temperierte Form mit Einströmungsgeschwindigkeiten im Angüßbereich von
10 bist m/s einfüllt,
b) über einen Gießrest im Angußkanal unter Druck Schmelze nachdrückt, während sich die
Glasmasse in der Form allmählich verfestigt, und schließlich
c) das Formteil druckfrei in der Form bis zur Erstarrung abkühlt und ausformt
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---|---|---|---|
DE19833306253 DE3306253C2 (de) | 1982-02-24 | 1983-02-23 | Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von Formteilen aus Glas |
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Publications (2)
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DE3306253A1 DE3306253A1 (de) | 1983-09-01 |
DE3306253C2 true DE3306253C2 (de) | 1984-03-29 |
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ID=25799821
Family Applications (1)
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DE19833306253 Expired DE3306253C2 (de) | 1982-02-24 | 1983-02-23 | Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von Formteilen aus Glas |
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JPH10101347A (ja) * | 1996-09-24 | 1998-04-21 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 光学部品の射出成形装置及び射出成形方法 |
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DE102010017071B4 (de) | 2010-05-25 | 2012-12-13 | Glaskoch B. Koch Jr. Gmbh + Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Glasformteilen durch Spritzgießen |
-
1983
- 1983-02-23 DE DE19833306253 patent/DE3306253C2/de not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
Title |
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NICHTS-ERMITTELT |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3306253A1 (de) | 1983-09-01 |
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