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Verfahren und Vorrichtung zum Härten von Glasflaschen Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten von Glasflaschen,
bei denen die erhitzte Flasche einer plötzlichen Abkühlung durch ein gasförmiges
Mittel unterworfen wird, um ihr einen erhöhten Grad von Härtung zu geben und ihre
Innen- und Außenflächen im wesentlichen gleichen Verdichtungswirkungen zu unterwerfen.
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Man hat schon Hohlglasgegenstände gehärtet, indem man auf ihre äußeren
Flächen durch Außenblasrohre und auf ihre inneren Flächen durch Innenblasrohre Luft
aufgeschleudert hat. Die dabei erzielte Härtung ist für viele Anwendungszwecke zufriedenstellend,
vorausgesetzt, daß der Gegenstand an beiden Enden offen ist oder daß, wenn er an
einem Ende geschlossen ist, seine Öffnung wenigstens so groß ist wie seine Länge.
Beim Härten von Flaschen, wie z. B. Milchflaschen, hat man jedoch bis jetzt festgestellt,
daß die mechanische Festigkeit, welche diese Behälter nach dem Härten besitzen,
nicht so groß wie diejenige des handelsüblichen gehärteten Flachglases und daß insbesondere
ihre Widerstandsfähigkeit gegen Wärmestöße unzureichend ist. Es wurde gefunden,
daß dieser Mangel an mechanischer Festigkeit dadurch bedingt ist, daß die auf der
Innenfläche erzeugte Druckspannung geringer ist als die auf der Außenfläche erzeugte,
so daß die Schicht maximaler Zugspannung des Glases nicht die mittlere Schicht ist.
Bis
heute war es beim Härten von Glas mittels Luftstrahlen üblich, zur mittleren Schicht
symmetrische Beanspruchungen zu erzeugen, indem man gegen die beiden Flächen des
Glasgegenstandes gleiche '.Mengen Luft pro Flächeneinheit blies. Bei Flaschen wurde
dabei festgestellt, daß die durch dieses Verfahren den Außen- und Innenflächen pro
Zeiteinheit entzogene Wärmemenge nicht die gleiche war. Außerdem hat sich herausgestellt,
daß es notwendig ist, daß die der Innenfläche entzogene Wärmemenge größer ist als
diejenige, welche in der gleichen Zeit der Außenfläche entzogen wird.
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Die Gründe, weshalb diese Bedingungen eingehalten werden müssen, bestehen
in erster Linie darin, daß die in eine Flasche eingeblasene Luft durch ihre Öffnung
entweichen muß, so daß sich ein schnelles Strömen der Luft vom Boden zur Öffnung
hin längs den Innenflächen der Flasche ergibt. Dieses Strömen findet senkrecht zu
den gegen die Innenfläche gerichteten Luftstrahlen statt, so daß diese Strahlen
abgelenkt werden und die Geschwindigkeit, mit welcher die Luft auf die Fläche auftrifft,
vermindert wird. Dadurch ergibt sich eine Verringerung der Wirksamkeit der Abkühlung
durch die Strahlen, so daß ein gegebener Luftstrahl, der gegen die Innenfläche gerichtet
wird, weniger Wärme in der Zeiteinheit abführt als ein Luftstrahl, der gegen die
Außenfläche gerichtet wird. In zweiter Linie ist von Bedeutung, daß während des
ersten Teiles des Kühlvorganges die Abkühlung der Außenfläche zu einem beträchtlichen
Teil durch Ausstrahlung dieser Fläche an die umgebende kalte Atmosphäre erfolgt.
Die Innenfläche dagegen liegt nur sich selber gegenüber und kann sich daher nicht
nennenswert durch Strahlung abkühlen. Damit also die Innenfläche der gleichen Temperaturverminderung
wie die Außenfläche unterworfen wird, ist es notwendig, ihr eine größere Wärmemenge
pro Zeiteinheit zu entziehen. Ein dritter Grund, weshalb die Abkühlung durch Luftstrahlen
an der Innenfläche nicht so wirksam ist wie an der Außenfläche, besteht darin, daß
für einen gegebenen Luftdruck der Druckunterschied, der zur Erzeugung eines Strahls
im Innern der Flasche zur Verfügung steht, kleiner ist, weil im Innern der Flasche
ein Luftüberdruck herrscht. Dieser Unterschied ist aber bedeutend, wenn man bei
schwachem Luftdruck große Luftblasöffnungen benutzt, aber sie ist weniger wichtig
als die vorstehend angeführten Umstände, wenn man erhöhte Drücke, beispielsweise
von etwa 3,5 kg/ cm2, zur Anwendung bringt.
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Es wurde nun gefunden, daß zur Erzielung einer symmetrischen Härtung
einer Flasche, wie z. B. einer '.Milchflasche, die gegen die Innenfläche geblasene
Luftmenge zwischen anderthalb und zweimal derjenigen !Menge liegen muß, die gegen
die Außenfläche geblasen wird. Da die Kühlwirkung einer gegebenen Luftmenge sich
stark mit der Geschwindigkeit des Luftstrahls ändert, wird bei diesem Vergleich
vorausgesetzt, daß die Luft beim Austritt aus allen Luftblasöffnungen die gleiche
Geschwindigkeit besitzt, und zwar sowohl innen wie außen. Wenn also beispielsweise
die inneren und äußeren Blasrohre an die gleiche Druckluftquelle angeschlossen sind
und ihre Blasöffnungen alle den gleichen Durchmesser haben, so müssen die Innenblasrohre
1,5- bis 2mal soviel Öffnungen haben wie die Außenblasrohre. Ferner ist bei
dem vorstehenden Vergleich vorausgesetzt worden, daß alle Strahlen senkrecht gegen
die Fläche gerichtet sind, weil diese Art des Aufblasens die größte Wirkung hat.
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Es wurde ferner gefunden, daß es zur Erzielung einer gleichmäßigen
Härtung vom Boden bis zur Öffnung der Flasche notwendig ist, die Blasluft auf die
Innenfläche ungleichmäßig zu verteilen, indem man in der Zone, welche dem zwischen
den Wänden und j dem Boden gebildeten Winkel benachbart ist, eine wesentlich größere
Luftmenge pro Flächeneinheit aufbläst. Diese Notwendigkeit ist dadurch bedingt,
daß die gegen irgendeinen Punkt der Innenfläche geblasene Luft sich zur Flaschenöffnung
hin bewegen muß und keinerlei Bestreben hat, gegen den Boden hin zu strömen. Daher
hat sie auf der ganzen Fläche der Wände, die der Flaschenöffnung näher liegt als
dem Boden, eine große Kühlwirkung, während sie keine nennenswerte Kühlung auf die
ganze Fläche der Wandung ausübt, welche dem Flaschenboden näher liegt. Man erhält
also eine gleichmäßigere Kühlung, wenn man eine große Luftmenge gegen den Boden
der Flasche richtet, weil die gesamte in dieser Richtung I geblasene Luft eine gewisse
Kühlwirkung auf die Fläche insgesamt ausübt.
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Es ist ebenfalls wichtig, daß Luft in den Winkel des Bodenteils geblasen
wird, um eine schnelle Luftbewegung auf die Innenfläche dieses Winkels zu erzielen,,
und es wurde gefunden, daß es für eine gleichmäßige Kühlung sehr wirksam ist, eine
größere Luftmenge pro Flächeneinheit gegen die Innenfläche auf einem kleinen Abstand
von dem Winkel ab, in Richtung vom Boden weg berechnet, zu blasen. Diese größere
Luftmenge kann man auch gegen die Fläche des Bodens in der Nähe des Winkels richten.
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Erfindungsgemäß ist die Menge des gasförmigen Kühlmittels, welche
gegen die Innenfläche geschleudert wird, größer als die gegen die Außenfläche geschleuderte
Menge, und zwar wird der Unterschied so bemessen, daß die Innen- und Außenfläche
sich im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit abkühlen. Außerdem wird durch
das Kühlmittel der inneren Oberfläche eine größere Wärmemenge entzogen als der äußeren
Oberfläche.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung einer Blasvorrichtung
zum Härten von Glasflaschen gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb.
i eine Seitenansicht der Blasvorrichtung mit der Flasche und deren Träger im Schnitt
und Abb. 2 eine Ansicht der Blasrohre und einen Schnitt der Flasche in größerem
Maßstab.
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Die Zeichnung zeigt eine Flasche derjenigen Art, wie sie für den Verkauf
von Milch üblich ist. Ihr Durchmesser ist kleiner als die Hälfte ihrer Länge, und
sie besitzt vom Boden aus bis zur Höhe A -A der Abb. 2 einen ungefähr zylindrischen
Körper und anschließend daran einen allmählich enger werdenden Hals. Die Flasche
i ruht auf einer Asbestringscheibe 2, die in einem Rahmen 3 gehalten ist, der in
einem Lager 4 so angeordnet ist, daß er mittels einer Scheibe 5 in Drehung versetzt
werden kann. Axial durch den
Rahmen 3 geht ein Blasrohr 6 hindurch,
dem Luft durch die Schlauchleitung 7 zugeführt wird und das dazu dient, Luft gegen
den Boden der Flasche zu blasen. Die Ringscheibe 2 besitzt eine mittlere Öffnung
8, die annähernd den gleichen Durchmesser hat wie die Flasche, aber mit vier nach
innen vorspringenden Zungen 9 versehen ist, auf welchen die Flasche aufruht, welche
durch vier Asbestblöckchen io in ihrer Lage gehalten wird. Die Bodenunterseite der
Flasche ist infolgedessen fast ganz den Luftstrahlen des Rohres 6 ausgesetzt.
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Das Innenblasrohr ii, von welchem die beiden Außenblasrohre 12 bei
13 abgezweigt sind, wird durch einen bei 15 drehbar gelagerten Arm 14 gehalten,
so daß durch Anheben des Armes 14 die Blasrohre 1i, 12 aus- bzw. von der Flasche
weggehoben werden. An einem nur mit einem Teil dargestellten Arm 16 wird ein Gegengewicht
angebracht. Ferner ist ein Anschlag 17 vorgesehen, auf dem der Arm 14 aufliegt,
wenn die Blasrohre ihre Arbeitsstellung einnehmen. Die Zufuhr der Luft zu den Innen-
und Außenblasrohren erfolgt durch eine Schlauchleitung 18. Die Außenrohre 12 sind
etwa den Umrissen der Flasche entsprechend gebogen, so daß alle Blasöffnungen annähernd
gleichen Abstand von der Oberfläche der Flasche haben.
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Die Blasöffnungen der Innen- und Außenblasrohre ii und 12 sind in
Abb. 2 für das Innenrohr durch Linien i9 und für das Außenrohr durch Linien 2o dargestellt;
diese Linien zeigen die Richtung an, in welcher der Strahl aus jeder Öffnung austritt.
Der Deutlichkeit halber sind die Linien i9 so wiedergegeben, als ob sie von dem
Innenrohr ii alle in ein und derselben Ebene. ausgingen. In der Praxis sind die
Öffnungen jedoch in geeigneter Weise um das Rohr verteilt.
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Wenn man annimmt, daß alle Öffnungen den gleichen Durchmesser haben,
so übersteigt die von den dreißig Öffnungen des Innenrohrs ii gegen die Innenfläche
geblasene Luftmenge um etwa 75°/o die von den siebzehn Öffnungen der Außenrohre
12 ausgeblasene Luftmenge. Wenn man zudem nur den Körper oder Teil zwischen dem
Boden und der Linie A-A betrachtet, so gibt es zwölf Öffnungen, welche Luft gegen
die untere Hälfte des zylindrischen Körpers blasen, und sechzehn Öffnungen, welche
Luft gegen diese untere Hälfte einschließlich des Bodens blasen; acht Offnungen
sind vorhanden, die Luft gegen die obere Hälfte des zylindrischen Körpers blasen.
Wenn man überdies den unteren Teil bis zur Höhe B-B der Abb. 2 betrachtet; dessen
Länge ein Sechstel der Gesamthöhe der Flasche ist, so werden etwa 40°/o der aus
dem Innenrohr ausgeblasenen Gesamtluftmenge bis zu dieser Linie B-B gegen die Wand
und den Boden geschleudert.
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In der Praxis ist es im allgemeinen bequemer, das Innenrohr mit einer
kleineren Anzahl von entsprechend größeren Öffnungen zu versehen.
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Die relativen Luftmengen, welche gegen die Innen-und Außenflächen
geblasen werden, und die Verteilung der Luft im Innern, die das beste Ergebnis liefern,
können nur durch Versuche festgestellt werden, und zwar am besten, indem man die
Flasche Versuchen mit Wärmestößen unterwirft. Das oben erläuterte Beispiel gibt
aber für die dargestellte Flasche eine zufriedenstellende Verteilung und kann als
Grundlage dienen, um durch Versuche die günstigste Verteilung für andere Flaschenformen
zu ermitteln.
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Im Sinne der Erfindung soll ein möglichst hoher Härtungsgrad erzielt
werden, aber manchmal ist es wünschenswert, einen Härtungsgrad zu vermeiden, der
so hoch liegt, daß ein Zerbrechen der Flasche explosionsartig erfolgt. Ein hoher
Härtungsgrad, der gerade unter demjenigen liegt, bei dem ein explosionsartiges Zerbrechen
eintritt, verleiht der Flasche fast das Höchstmaß an Festigkeit gegen Wärmestöße.
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Die inneren und äußeren Luftstrahlen sind symmetrisch zur senkrechten
Achse der Flasche angeordnet, so daß die von ihnen auf die Wände der Flasche ausgeübten
Drücke ausgeglichen sind. Außerdem wird die Flasche während des Beblasens gedreht,
wodurch Gleichmäßigkeit der Abkühlung gewährleistet wird. Den gleichen Erfolg erzielt
man, wenn man die Blasrohre in Drehung versetzt und die Flasche fest stehen läßt,
jedoch würde diese Anordnung in konstruktiver Hinsicht komplizierter sein.
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Die Innen- und Außenblasrohre können auch unabhängig voneinander an
die Druckluftquelle angeschlossen werden, und ihre Verbindungsleitungen können mit
Ventilen versehen sein, die es gestatten, die in den Innen- und Außenrohren herrschenden
Luftdrücke zu ändern.
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Soweit in der vorliegenden Beschreibung relative Luftmengen angegeben
sind, ist dabei vorausgesetzt, daß die in den Innen- und Außenrohren herrschenden
Luftdrücke ungefähr dieselben sind, so daß die Luftstrahlen mit ungefähr gleichen
Geschwindigkeiten aus den Rohren austreten.