EP4619349A1 - Umformvorrichtung und verfahren zum umformen eines glasrohlings - Google Patents

Umformvorrichtung und verfahren zum umformen eines glasrohlings

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Publication number
EP4619349A1
EP4619349A1 EP23782417.2A EP23782417A EP4619349A1 EP 4619349 A1 EP4619349 A1 EP 4619349A1 EP 23782417 A EP23782417 A EP 23782417A EP 4619349 A1 EP4619349 A1 EP 4619349A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tempering
unit
temperature
period
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23782417.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Pascal Jost
Ulf Reinhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitrum Technologies GmbH
Original Assignee
Vitrum Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitrum Technologies GmbH filed Critical Vitrum Technologies GmbH
Publication of EP4619349A1 publication Critical patent/EP4619349A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/02—Re-forming glass sheets
    • C03B23/023—Re-forming glass sheets by bending
    • C03B23/03—Re-forming glass sheets by bending by press-bending between shaping moulds
    • C03B23/0307—Press-bending involving applying local or additional heating, cooling or insulating means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/0013—Re-forming shaped glass by pressing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/02—Re-forming glass sheets
    • C03B23/023—Re-forming glass sheets by bending
    • C03B23/0235—Re-forming glass sheets by bending involving applying local or additional heating, cooling or insulating means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/02—Re-forming glass sheets
    • C03B23/023—Re-forming glass sheets by bending
    • C03B23/03—Re-forming glass sheets by bending by press-bending between shaping moulds
    • C03B23/0302—Re-forming glass sheets by bending by press-bending between shaping moulds between opposing full-face shaping moulds

Definitions

  • the invention relates to a forming device and a method for forming a glass blank, in particular a volume blank and/or a thin glass.
  • Forming devices and methods for forming glass blanks are generally known. Forming devices are usually set up to first heat the glass blank to a forming temperature in one or more stages and then to form the glass blank. The formed glass blank can be cooled in a further station.
  • Tempering and forming can be either isothermal or non-isothermal.
  • the mold performing the forming is at substantially the same temperature as the glass blank.
  • the glass blank is usually already provided in the mold, which is successively moved through the various stages of the forming device so that the mold and the glass blank are heated together, resulting in both units being at substantially the same temperature.
  • the temperature of the mold differs from the temperature of the glass blank. For example, the glass blank can be heated independently of the mold and then passed to the mold for forming.
  • US 2017/0349472 A1 discloses a device for forming curved glass.
  • KR 101845746 B1 discloses a molding system for lenses.
  • KR 102019 0 109075 A discloses a molding device for curved plates.
  • CN 107365063 A discloses a hot-pressing device for three-dimensional protective glasses for mobile terminals.
  • JP 2002154836 A discloses a bending device for bending glass plates to produce curved mirrors.
  • the object mentioned at the outset is achieved by a forming device for forming, preferably for isothermal forming, a glass blank, in particular a volume blank and/or a thin glass, comprising a first station and a second station for tempering and/or forming the glass blank, wherein the first station has a first tempering unit and/or the second station has a second tempering unit, which are arranged and designed to temper a transfer unit holding the glass blank to a predefined temperature within a tempering period, a control device which is signal-coupled to the first tempering unit and/or the second tempering unit and which is set up to set the first tempering unit and/or the second tempering unit with a tempering process parameter, wherein the control device is set up to change the tempering process parameter within the tempering period such that the transfer unit can be tempered with a predefined temperature profile.
  • the invention is based on the knowledge that quality defects in formed glass blanks arise when the transfer units are heated too much at the beginning of heating at a single station and/or cooled too much during cooling.
  • sudden thermal stress can lead to internal stresses and unfavorable thermal expansion and, accordingly, to cracks, deformations and wear on the glass and mold or tool. This can cause thermal shocks, among other things, and the quality of the glass can decrease.
  • unfavorable tempering can have a negative effect on stress birefringence. In general, it has been found that unfavorable tempering causes defects of varying magnitude of shape deviation, such as deviations in roughness, waviness and profile.
  • the individual tempering stations usually always have the same temperature, for example 400°C.
  • the transfer unit is heated with a high temperature gradient, since the temperature difference between the station and the transfer unit is high.
  • the invention is based on the finding that at the beginning of the tempering period, for example, the transfer unit or the glass blank is initially acted upon with a low heating power and the heating power is then increased. This leads to better glass quality and a stable forming process.
  • the forming device is designed to form a glass blank. Forming can be understood as, for example, a change in geometry and/or bending.
  • the forming device can be designed to form solid glass and/or thin glass.
  • the forming device can be designed for pressing, in particular for forming solid glass, press bending, molding, countersinking and/or deep drawing, in particular for forming thin glass.
  • the forming device is preferably designed for isothermal forming of the glass blank, so that the glass blank and the mold have essentially the same temperature.
  • the glass blank is, for example, a preform blank that already meets high requirements for weight tolerance and surface quality.
  • the glass blank can, for example, be a volume blank.
  • a volume blank can, for example, be a spherical, cylindrical, lens-shaped or conical geometry.
  • the glass blank can be a thin glass that is characterized by the fact that it has a thickness orthogonal to a planar extension that is many times less than the planar Extension. Formed thin glasses are used, for example, as screen covers for smartphones.
  • the forming device comprises the first station and the second station for tempering and/or forming the glass blank.
  • the forming device can have a first station for tempering and a second station for forming the glass blank.
  • the station for tempering the glass blank can, for example, be arranged in the process direction before the station for forming the glass blank.
  • the station for tempering the glass blank can be arranged behind the station for forming, for example for cooling.
  • a station is understood to mean, in particular, a section of the forming device in which the transfer unit with the glass blank remains for a predetermined time during the process.
  • the transfer unit with the glass blank remains at a single station during the tempering period.
  • a station can have one, two or more units for carrying out the forming, for example pressing and/or tempering.
  • press stamps other
  • Tempering elements for example for convective heating, oxygen traps to prevent unwanted oxidation, sensors and the like can be arranged.
  • the tempering time depends on the process and depends, for example, on the molds used, the glass blanks and/or the number of stations. A thin glass blank often requires a shorter tempering time than a volume blank.
  • the tempering time is preferably between 0.5 minutes and 10 minutes, in particular between one minute and four minutes.
  • the tempering unit is arranged and designed such that the transfer unit can be arranged on it.
  • the tempering unit can have a tempering surface on which the transfer unit can be arranged. It is particularly preferred that the tempering surface is aligned substantially horizontally during normal operation so that the transfer unit can be arranged on it.
  • the tempering surface can also have positioning elements in order to position the transfer unit on the tempering surface in a predetermined position.
  • the transfer unit is arranged and designed to hold the glass blank. Holding the glass blank can be understood to mean any positioning of the glass blank. This can be done, for example, by means of a force-fitting and/or form-fitting connection.
  • the glass blank can be arranged in a lower mold of the transfer unit.
  • the transfer unit is preferably a mold with an upper and/or lower mold.
  • the transfer unit has a cavity, in particular a first, lower cavity and/or a second, upper cavity.
  • the glass blank can be arranged in particular within the cavity.
  • the first cavity can be formed by a first mold unit of a mold and/or the second cavity by a second mold unit of a or the mold.
  • the first and/or the second mold unit can be guided by means of an outer sleeve.
  • the transfer unit is further arranged and designed to be moved from the first station to the second station by means of a feed unit.
  • the transfer unit can have coupling elements, for example.
  • the forming device further comprises a control device which is signal-coupled to the first tempering unit and/or the second tempering unit and which is set up to set the first tempering unit and/or the second tempering unit with a tempering process parameter.
  • the control device is set up to set the first tempering unit and the second tempering unit each with a tempering process parameter.
  • the control device can set the first tempering unit with a first tempering process parameter and the second tempering unit with a second tempering process parameter. Setting can also be understood as controlling and/or regulating.
  • the tempering process parameter can be continuously set and thus changed.
  • the control device can also be a computing unit.
  • the tempering process parameter is understood to mean in particular any adjustable parameter that influences the tempering of the transfer unit.
  • the tempering process parameter can directly or indirectly affect a temperature and/or a heating output of the tempering unit.
  • a first target temperature of the first tempering unit and/or a second target temperature of the second tempering unit can be set, wherein for heating the glass blank, the first initial temperature is lower than the first target temperature and/or the second initial temperature is lower than the second target temperature. Furthermore, it is preferred that for cooling the glass blank, the first initial temperature is higher than the first target temperature and/or the second initial temperature is higher than the second target temperature.
  • the P parameter of the controller unit is generally known as the proportional component and is also referred to as the controller gain.
  • controller unit can have an I parameter and/or a D parameter, whereby these can also be designed to be variable.
  • controller units are also referred to as P, PI, PD or PID controllers.
  • the tempering process parameter relates to a temperature and/or a pressure.
  • This temperature and/or this pressure can be that of a tempering unit, the glass blank and/or a tempering element that acts on the glass blank.
  • a further preferred embodiment of the forming device is characterized in that the tempering process parameter is a temperature of the Transfer unit and/or a tempering element acting on the glass blank, wherein the predefined temperature depends on a point in time within the tempering period.
  • the tempering process parameter relates to a tempering pressure with which the tempering element acts on the glass blank, wherein the tempering pressure depends on a point in time within the tempering period.
  • the tempering pressure depends on a point in time within the tempering period. The greater the pressure of the tempering element, the greater the heat transfer to the glass blank.
  • the tempering pressure should not exceed a predetermined pressure, as the glass blank could be damaged or destroyed.
  • the tempering pressure is provided in an oscillating manner. It is preferred that the temperature is increased, in particular for heating, and reduced for cooling. It is further preferred that the tempering pressure is adjusted, in particular increased.
  • a further preferred development of the forming device is characterized in that the control device is set up such that the tempering process parameter is adjusted such that in a first time period of the tempering period the temperature rises or falls with a first temperature gradient and in a second time period of the tempering period following the first time period the temperature rises or falls with a second temperature gradient, wherein the second temperature gradient is greater than the first temperature gradient.
  • control device is set up such that the tempering process parameter is set such that in a first time period of the tempering period, the tempering pressure has a first pressure value and in a second time period following the first time period, the tempering pressure has a second pressure value, wherein the second pressure value is greater than the first pressure value. Due to the increasing Temperature of the glass blank, a higher tempering pressure can be applied in the second time period, so that better tempering is possible.
  • a further preferred embodiment of the forming device is characterized in that the first tempering unit and/or the second tempering unit has heating elements that can be controlled separately by the control device and the control device is set up to control the heating elements in such a way that the first tempering unit and/or the second tempering unit has or have a predefined temperature distribution.
  • Separately controllable heating elements are to be understood in particular as meaning that they can be controlled individually.
  • a lower heating power is provided in a central section of a temperature control unit than in an outer section surrounding the central section.
  • the outer section usually loses more heat than the central section, so that such a control enables a more homogeneous temperature distribution and thus better heating of the transfer unit.
  • a further preferred embodiment of the forming device is characterized in that the first tempering unit and/or the second tempering unit has or have a cooling unit which is or are arranged and designed to cool the first tempering unit and/or the second tempering unit.
  • the tempering unit can be cooled to a predetermined temperature, for example at the end of the tempering period or before the tempering period. This may be necessary, for example, to achieve the temperature profile described above or to enable a short cycle time.
  • control device is set up to heat a core of the first tempering unit and/or the second tempering unit more strongly in a first time period of the tempering period than a core surrounding the core. Outer section so that the heat is transported from the core to the outer section to avoid thermal shock.
  • control device is configured to cool the core with the cooling unit in a second time period of the tempering period following the first time period, so that heat is transported from the outer portion to the transfer unit and cooling of the first tempering unit and/or the second tempering unit is ensured after the tempering period has elapsed.
  • control device is set up to cool a core of the first tempering unit and/or the second tempering unit more strongly than an outer section surrounding the core in a first time section of the tempering period.
  • the cycle time is influenced, among other things, by how quickly the tempering unit can be cooled down again after the tempering period in order to accommodate another transfer unit with a low initial temperature.
  • the core of the tempering unit is cooled again before the end of the tempering period. Due to the mass of the tempering unit, cooling the core does not immediately lead to cooling of the tempering surface and thus to cooling of the transfer unit. However, this prior cooling of the core leads to a subsequent faster cooling of the entire tempering unit, so that the cooling time between two consecutive tempering periods is reduced.
  • the first tempering unit and/or the second tempering unit has a heating unit, preferably with an inductive heating element.
  • the heating unit and the cooling unit are integrally formed, wherein the transfer unit can be arranged on the cooling unit, so that heat provided by the heating unit is transferred through the cooling unit to the transfer unit.
  • the heating unit can have the heating element described above, and the cooling unit can be present.
  • cooling can also be carried out by means of convection, for example by supplying a gaseous cooling medium or a thermal oil.
  • the heating unit has an upper side for arranging the transfer unit and that a or the heating element is arranged on a lower side of the heating unit facing away from the upper side.
  • a heat-conducting intermediate layer is arranged between the cooling unit and the heating unit in order to conduct heat to the transfer unit during normal operation.
  • the heating unit has two or more heating elements that are at least partially enclosed by a heating ring.
  • the heating unit can have two or more heating elements arranged parallel to one another, for example heating cartridges.
  • the heating ring can also be designed, for example, in the form of a heating cartridge or as a heating channel with a heating fluid.
  • the heating ring encloses the other heating elements at least partially or essentially completely. This arrangement prevents an outer section from having a lower temperature than a middle section of the heating unit or the temperature control unit, since the outer section generally requires a higher heating output than the core or the middle section, since the outer section has a higher heat loss.
  • the heating unit has two or more heating rings, which are arranged, for example, as heating coils.
  • the heating cartridges can be optional.
  • a further preferred embodiment of the forming device comprises a fluid unit for causing a flow of a tempering fluid contained in two or more cavities of the cooling unit, wherein the control device is designed to control the fluid unit in such a way that between two successive tempering periods the tempering fluid is cooled against a A tempering fluid of lower temperature is exchanged so that rapid cooling of the first tempering unit and/or the second tempering unit is possible.
  • the fluid unit is fluidically coupled to a fluid container in which the fluid, in particular the low-temperature tempering fluid, is stored.
  • the fluid container can be designed to temper the tempering fluid, in particular to cool it.
  • the tempering fluid is provided in a central section of the cooling unit and flows from the central section in a star shape towards an outer section. Between two consecutive tempering periods can also mean that at the end of a tempering period or at the beginning of another tempering period, the tempering fluid is exchanged for the low-temperature tempering fluid.
  • a further preferred embodiment of the forming device comprises a process chamber surrounded by a wall in which the first station and the second station are arranged, a transfer opening within the wall for introducing and/or removing the transfer unit into or from the process chamber, a movable lock element for opening and closing the transfer opening, which can be guided along the wall, wherein a volume-controllable sealing element acts between the wall and the lock element.
  • the process space can be sealed more securely, reducing or preventing the loss of nitrogen and the entry of oxygen to reduce mold wear.
  • the volume-controllable sealing element can be designed to be inflatable, for example.
  • the sealing element has an interior space that is fluidically coupled to a fluid supply unit, so that a sealing fluid can be introduced into the sealing element in order to inflate it.
  • This has the advantage that when the transfer opening is closed, the sealing element has a high volume and thus securely closes the transfer opening.
  • the volume-controllable sealing element can have a small volume in order to reduce or avoid wear on the sealing element.
  • a further preferred development of the forming device is characterized in that it comprises a fastening plate that can be coupled to the transfer unit, wherein a press stamp that can be coupled to the fastening plate for effecting a pressing force has a cavity through which a cooling fluid can flow in order to cool the press stamp.
  • the coupling between the transfer unit and the mounting plate can be achieved, for example, by arranging the transfer unit on the mounting plate.
  • a cooled press ram has the advantage that it has reduced thermal displacement. Furthermore, sealing surfaces are less likely to be damaged.
  • the forming device comprises a feed unit which is arranged and designed to move the transfer unit from the first station to the second station.
  • the feed unit preferably comprises an electric motor to move the transfer unit.
  • a first initial temperature of the first tempering unit and/or a second initial temperature of the second tempering unit is set at a start of the tempering period. It is also preferred that at an end of the tempering period, a first target temperature of the first tempering unit and/or a second target temperature of the second tempering unit is set. For heating, it is also preferred that the first initial temperature is lower than the first target temperature and/or the second initial temperature is lower than the second target temperature. For cooling, it is also preferred that the first initial temperature is higher than the first target temperature and/or the second initial temperature is higher than the second target temperature.
  • a first P value is set in a first time period of the tempering period and a second P value is set in a second time period of the tempering period following the first time period, wherein the second P value is higher than the first P value.
  • a core of the first tempering unit and/or the second tempering unit is heated more than an outer section surrounding the core, so that heat is transported from the core into the outer section. It is also preferred that in a second time period of the tempering period following the first time period, the core is cooled with the cooling unit, so that heat is transported from the outer section of the transfer unit and cooling of the first tempering unit and/or the second tempering unit is ensured after the tempering period has elapsed.
  • a tempering fluid of the cooling unit is exchanged for a tempering fluid of lower temperature, so that rapid cooling of the first tempering unit and/or the second tempering unit is possible.
  • Figure 1 a schematic, two-dimensional view of an exemplary
  • Figure 2 a schematic, two-dimensional view of another exemplary embodiment of a forming device
  • Figure 3 a schematic, two-dimensional view of an exemplary
  • Figure 4 a schematic, two-dimensional view of an exemplary
  • Figure 5 a schematic, two-dimensional view of an exemplary
  • Figure 6 another schematic, two-dimensional view of an exemplary embodiment of a first transfer opening
  • Figure 7 a schematic, two-dimensional view of a pressing unit
  • Figure 8 a schematic, two-dimensional view of an exemplary embodiment of a press piston
  • Figure 9 a schematic, two-dimensional view of a
  • Figure 10 another schematic, two-dimensional view of a
  • Figure 11 a schematic, two-dimensional view of an exemplary
  • Figure 12 a schematic view of an exemplary process.
  • Figures 1 and 2 show a forming device 1 in whose process chamber 2 a first station 4, a second station 5, a third station 6 and a fourth station 8 are arranged.
  • the forming device 1 comprises a first transfer opening 10 through which the transfer units 28 enter the process chamber 2.
  • the first transfer opening 10 is connected to a first lock element 12 can be closed, wherein this is arranged to be movable in the vertical direction in order to release the first transfer opening 10.
  • the forming device 1 has the second transfer opening 14 through which the transfer units 28 can be led out of the process space 2 again.
  • the second transfer opening 14 can be opened and closed with the second lock element 16.
  • a tempering unit 18, 38, 40, 42 is arranged at each station 4-8.
  • the tempering units 18, 38-42 are arranged and designed to temper a transfer unit 28 holding the glass blank 36 to a predefined temperature within a tempering period.
  • the first station 4 and the second station 5 are provided for heating the glass blank 36.
  • they are arranged and heated on a tempering surface of the tempering units 18, 38-42 with the transfer unit 28 designed as a mold.
  • the tempering unit 18 is shown with a lower tempering unit 18a and an upper tempering unit 18b.
  • the other tempering units 38-42 can also have upper tempering units in an analogous manner.
  • the control device 134 is coupled to the tempering units 18, 38-42 by means of signals.
  • the control device 134 is set up to adjust the tempering units 18, 38-42 with a tempering process parameter.
  • the tempering process parameter can be a P value, for example.
  • the tempering process parameter can be a temperature of the transfer unit 28 or the glass blank 36.
  • the tempering process parameter can be a tempering pressure.
  • the control device 134 is further configured to change the tempering process parameter within the tempering time period such that the transfer unit 28 can be tempered with a predefined temperature profile.
  • the first tempering unit 18 has, analogously to the other tempering units 38-42, a heating unit 20 and heating elements 22 embedded therein, for example heating cartridges. Furthermore, the first tempering unit 18 comprises an insulating plate 24 and a cooling unit 26.
  • the heating unit 20 forms, among other things, the tempering surface on which the transfer unit 28 can be arranged in the intended operation of the tempering.
  • the insulating plate 24 is arranged between the cooling unit 26 and the heating unit 20.
  • the transfer unit 28 has a lower mold 30 and an upper mold 32. Furthermore, a centering sleeve 34 is provided around the mold 30, 32. In addition, a further handling sleeve (not shown) is usually provided around the centering sleeve.
  • the insulating plate 24 may not be provided and instead only the heating unit 20 and the cooling unit 26 may be provided.
  • the cooling unit 26 may form the tempering surface and the heating unit 20 may be arranged on a surface of the cooling unit 26 arranged opposite the tempering surface, so that the heat transfer from the heating unit 20 to the transfer unit 28 takes place through the cooling unit.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the heating unit 20.
  • the heating unit 20 comprises a heating plate 54.
  • Heating cartridges 56 are embedded in the heating plate 54.
  • heating channels 58 can be embedded in the heating plate 54, through which, for example, a thermal oil flows.
  • a heating ring 60 is arranged adjacent to an outer edge of the heating plate 54.
  • the heating ring 60 can be designed either in the form of a heating cartridge or as a heating channel through which a thermal oil flows.
  • the transfer unit 28 can advantageously be tempered, since this enables a particularly homogeneous heat provision.
  • the heating ring 60 offers better heat distribution, since the edge areas of heating plates 54 are usually cooler.
  • FIG. 4 shows a detailed view of a preferred embodiment of a cooling unit 26.
  • the cooling unit 26 comprises a cooling plate 48 which has a central coolant inlet 50 and cooling channels 52 extending in a star shape from the coolant inlet 50.
  • a cooling channel 53 simulating the outer contour of the cooling plate 48 is provided around the star-shaped cooling channels 52.
  • Such a cooling unit 26 has the advantage that a cold cooling fluid can be provided through the central coolant inlet 50 before the end of the tempering period, which, however, only flows slowly in the direction of the outer cooling channel 53 when controlled accordingly. It is therefore possible for the cooling unit 26 to cool the inner core of the cooling plate 48 before the end of the tempering period, but for the transfer unit 28 arranged on the cooling plate 48 to continue to be heated.
  • Figure 5 shows a detailed illustration of the first transfer opening 10 with the first lock element 12.
  • the first transfer opening 10 is arranged within a process chamber wall 62 of the process chamber 2.
  • the first lock element 12 is guided on the process chamber wall 62 by means of a first guide rail 64 and a second guide rail 66.
  • the first lock element 12 has a first sealing recess 68 and a second sealing recess 72.
  • the sealing recesses 68, 72 can be designed as a groove and preferably form a circumferential groove.
  • Volume-controllable sealing elements 70, 74 are arranged in the sealing recesses 68, 72.
  • a single volume-controllable sealing element can also be arranged, which can be arranged circumferentially, for example, as shown in Figure 6.
  • Figure 7 shows a forming unit which is usually arranged outside the process chamber 2 and whose press piston 46 passes through the process chamber wall 62 and can act there on the transfer unit 28 or the mold by means of the fastening plate 44.
  • the forming unit has an electric motor 86, which can be designed as a servo motor, for example.
  • the electric motor 86 is connected to a threaded spindle 84 and above that to a spindle nut 88.
  • the spindle nut 88 is positively connected to the hollow shaft 90, so that the spindle nut 88 can be moved up or down by rotating the threaded spindle 84. This also allows the hollow shaft 90 to move vertically.
  • the hollow shaft 90 is in turn coupled to the guide carriage 76.
  • the guide carriage 76 is guided by a first linear guide 78 and a second linear guide 80, so that it can be moved vertically with high precision.
  • the guide carriage 76 is connected to the press piston 46.
  • the electric motor 86 and the linear guides 78, 80 are arranged on the frame 82 of the forming unit.
  • Figure 8 shows a preferred embodiment of the press piston 46.
  • This comprises a piston housing 92 which has a cavity.
  • the fluid sleeve 94 which has a fluid inlet 96, is arranged in this cavity.
  • a fluid can thus flow through the fluid inlet 102 into the fluid inlet 96.
  • the length of the fluid sleeve 94 is selected such that it leaves a gap between the outlet and the bottom of the piston housing. The fluid can thus exit from the fluid sleeve 94 at this end and flow into the cavity or the fluid outlet 98 of the piston housing 92. From there, it can flow out through the fluid outlet 100.
  • This enables a press piston 46 that is continuously cooled, so that the high temperatures in the process chamber 2 do not lead to any expansion and/or deformation of the press piston 46 that disrupts the process.
  • FIGS 9 and 10 show a feed unit 104 which is arranged and designed to move the transfer unit 28 through the process chamber 2 from one station to the next station.
  • the feed unit 104 comprises an electric motor 106 which is mechanically coupled to a threaded spindle 114 by means of a coupling 108.
  • the threaded spindle 114 is mounted on bearing blocks 110, 116.
  • a spindle nut 112 is arranged on the threaded spindle 114.
  • the spindle nut 112 is connected in the translational direction to a connecting element 126.
  • the connecting element 126 is in turn rotatably coupled to a feed rod 122 via a bearing block 120.
  • a rotary movement of the threaded spindle 114 thus causes a feed movement 124 of the linear guide rail 118.
  • the transfer unit 28 can thus be moved through the process space 2.
  • FIG 11 shows a possible embodiment of a tempering unit 18.
  • the tempering unit comprises the heating unit 20 with heating elements 22, an insulating plate 24 and the cooling unit 26.
  • the unit consisting of the heating unit 20, insulating plate 24 and cooling unit 26 is connected to the fastening plate 44 via threaded rods 138.
  • the transfer unit 28 is arranged below the heating unit 20. A force is exerted on the transfer unit 28 by a vertical downward movement of the press piston 46 in Figure 11, so that the upper cavity of the transfer unit 28 is pressed downward and the glass blank 36 is formed.
  • FIG 12 shows a schematic method.
  • a transfer unit 28 holding the glass blank 36 is tempered to a predefined temperature with a tempering unit 18, 38-42 within a tempering period.
  • the glass blank 36 is moved between two consecutive tempering periods with the transfer unit 28 from the first station 4 to the second station 5.
  • step 202 the tempering unit 18, 38-42 is set with a tempering process parameter that is changed within the tempering time period such that the transfer unit 28 is tempered with a predefined temperature profile.
  • Setting the transfer unit 28 can also be a control and/or regulation.
  • the forming device 1 described above and the corresponding method enable better forming of glass blanks 36.
  • the improvement consists in particular in the fact that the tempering units 18, 38-42 are not tempered to a fixed temperature, but the tempering of the transfer unit 28 is adjustable.
  • Process chamber wall first guide rail second guide rail first sealing recess first volume-controllable sealing element second sealing recess second volume-controllable sealing element

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Umformvorrichtung (1) zum Umformen eines Glasrohlings (36), umfassend eine erste Station und eine zweite Station zum Temperieren und/oder Umformen des Glasrohlings (36), wobei die erste Station eine erste Temperiereinheit (18) und/oder die zweite Station eine zweite Temperiereinheit (38-42) aufweist, die angeordnet und ausgebildet sind, eine den Glasrohling (36) haltende Transfereinheit (28) innerhalb einer Temperierzeitspanne auf eine vordefinierte Temperatur zu temperieren, eine mit der ersten Temperiereinheit (18) und/oder der zweiten Temperiereinheit (38-42) signaltechnisch gekoppelte Steuerungsvorrichtung (134), die eingerichtet ist, die erste Temperiereinheit (18) und/oder die zweite Temperiereinheit (38-42) mit einem Temperierprozessparameter einzustellen, wobei die Steuerungsvorrichtung (134) eingerichtet ist, den Temperierprozessparameter innerhalb der Temperierzeitspanne derart zu verändern, dass die Transfereinheit (28) mit einem vordefinierten Temperaturverlauf temperierbar ist.

Description

Umformvorrichtung und Verfahren zum Umformen eines Glasrohlings
Die Erfindung betrifft eine Umformvorrichtung und ein Verfahren zum Umformen eines Glasrohlings, insbesondere eines Volumenrohlings und/oder eines Dünnglases.
Umformvorrichtungen und Verfahren zum Umformen von Glasrohlingen sind grundsätzlich bekannt. Umformvorrichtungen sind üblicherweise eingerichtet, den Glasrohling zunächst in einer oder mehreren Stufen auf eine Umformtemperatur zu erwärmen und den Glasrohling anschließend umzuformen. In einer weiteren Station kann der umgeformte Glasrohling gekühlt werden.
Das Temperieren und Umformen kann entweder isotherm oder nicht-isotherm erfolgen. Beim isothermen Umformen weist die die Umformung ausführende Form im Wesentlichen die gleiche Temperatur auf wie der Glasrohling. Bei der isothermen Umformung wird der Glasrohling üblicherweise bereits in der Form bereitgestellt, die durch die verschiedenen Stufen der Umformvorrichtung sukzessive durchbewegt wird, sodass die Form und der Glasrohling zusammen erwärmt werden, wodurch sich die im Wesentlichen gleiche Temperatur beider Einheiten einstellt. Beim nicht-isothermen Umformen unterscheidet sich die Temperatur der Form von der Temperatur des Glasrohlings. Beispielsweise kann der Glasrohling unabhängig von der Form erwärmt werden und anschließend zum Umformen der Form übergeben werden.
Die isotherme Umformung von Glasrohlingen hat den Nachteil, dass diese mit einer hohen Taktzeit einhergeht, da die Temperierung der Glasrohlinge an jeder Station mit einem geringen Temperaturgradienten zu erfolgen hat. Wenn dieser Temperaturgradient insbesondere bei einer Kühlung des Glasrohlings zu hoch wäre, käme es zu Qualitätsmängeln am hergestellten Glasprodukt. Ferner können zu hohe Temperaturgradienten zu einem Thermoschock der Form führen.
Insbesondere bei der Herstellung von hochpräzisen Glasprodukten sind die im Vorherigen beschriebenen Qualitätsmängel nicht akzeptabel, sodass die hergestellten Glasprodukte entweder eine Nachbearbeitung erfordern oder Ausschuss darstellen. Da derartige Glasprodukte häufig in Massenprodukten eingesetzt werden, beispielsweise in Smartphones oder im Automobilbereich, ist eine Nachbearbeitung unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten keine Option.
Es ist eine Anforderung aus der Industrie, Glasrohlinge mit einer derart hohen Qualität umzuformen, dass eine Nachbearbeitung nicht erforderlich ist. Ferner ist es eine Anforderung aus der Industrie, Glasrohlinge mit einer hohen Prozesssicherheit umzuformen, sodass sich an die Umformung anschließende Qualitätskontrollen verringern oder vermeiden lassen.
Die US 2017/0349472 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Formen von gekrümmten Glas. Die KR 101845746 B1 offenbart ein Formsystem für Linsen. Die KR 102019 0 109075 A offenbart eine Formvorrichtung für gekrümmte Platten. Die CN 107365063 A offenbart eine Heißpressvorrichtung für dreidimensionale Schutzgläser für mobile Terminals. Die JP 2002154836 A offenbart eine Biegevorrichtung zum Biegen von Glasplatten zur Herstellung von gekrümmten Spiegeln.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Umformvorrichtung und ein Verfahren zum Umformen eines Glasrohlings bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine schnelle Aufheizung von Glasrohlingen, insbesondere in einem isothermen Verfahren, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Umformvorrichtung und einem Verfahren nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Aspekte sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale sind einzeln, in beliebiger, technologisch sinnvollerweise miteinander kombinierbar, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Umformvorrichtung zum Umformen, vorzugsweise zum isothermen Umformen, eines Glasrohlings, insbesondere eines Volumenrohlings und/oder eines Dünnglases, umfassend eine erste Station und eine zweite Station zum Temperieren und/oder Umformen des Glasrohlings, wobei die erste Station eine erste Temperiereinheit und/oder die zweite Station eine zweite Temperiereinheit aufweist, die angeordnet und ausgebildet sind, eine den Glasrohling haltende Transfereinheit innerhalb einer Temperierzeitspanne auf eine vordefinierte Temperatur zu temperieren, eine mit der ersten Temperiereinheit und/oder der zweiten Temperiereinheit signaltechnisch gekoppelte Steuerungsvorrichtung, die eingerichtet ist, die erste Temperiereinheit und/oder die zweite Temperiereinheit mit einem Temperierprozessparameter einzustellen, wobei die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, den Temperierprozessparameter innerhalb der Temperierzeitspanne derart zu verändern, dass die Transfereinheit mit einem vordefinierten Temperaturverlauf temperierbar ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Qualitätsmängel an umgeformten Glasrohlingen dadurch entstehen, dass die Transfereinheiten zu Beginn der Erwärmung an einer einzelnen Station zu stark erwärmt und/oder bei der Kühlung zu stark gekühlt werden. Insbesondere eine sprunghafte thermische Belastung kann zu Eigenspannungen und ungünstiger Wärmedehnung und dementsprechend zu Rissen, Verformungen und Verschleiß an Glas und Form bzw. Werkzeug führen. Hierdurch können unter anderem Thermoschocks entstehen und die Glasqualität nimmt ab. Ferner kann die ungünstige Temperierung die Spannungsdoppelbrechung negativ beeinflussen. Im Allgemeinen wurde festgestellt, dass die ungünstige Temperierung Fehler unterschiedlicher Größenordnung der Gestaltabweichung verursacht, beispielsweise Abweichungen der Rauheit, Welligkeit und des Profils.
Dies führt zu einer mangelnden Glasqualität und zu einem instabilen Umformprozess. Dieser Effekt wurde bisher durch eine sehr geringe Heizleistung ausgeglichen, die jedoch zu einer langen Aufwärmzeit und somit zu einer langen Taktzeit führte.
Die einzelnen Temperierstationen weisen üblicherweise stets die gleiche Temperatur, beispielsweise 400°C auf. Sobald eine Transfereinheit mit einem Glasrohling auf dieser Station angeordnet wird, wird die Transfereinheit mit einem hohen Temperaturgradienten erwärmt, da der Temperaturunterschied zwischen der Station und der T ransfereinheit hoch ist. Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass zu Beginn der Temperierzeitspanne beispielsweise zunächst mit einer geringen Heizleistung auf die T ransfereinheit oder den Glasrohling eingewirkt wird und die Heizleistung anschließend gesteigert wird. Dies führt zu einer besseren Glasqualität und einem stabilen Umformprozess.
Die Umformvorrichtung ist zum Umformen eines Glasrohlings ausgebildet. Unter einem Umformen kann beispielsweise eine Geometrieänderung und/oder ein Biegen verstanden werden. Die Umformvorrichtung kann zum Umformen von Massivglas und/oder von Dünnglas ausgebildet sein. Insbesondere kann die Umformvorrichtung zum Pressen, insbesondere zum Umformen von Massivglas, Pressbiegen, Molding, Senken und/oder Tiefziehen, insbesondere zum Umformen von Dünnglas, ausgebildet sein. Die Umformvorrichtung ist vorzugsweise zum isothermen Umformen des Glasrohlings ausgebildet, sodass der Glasrohling und die Form im Wesentlichen die gleiche Temperatur aufweisen.
Der Glasrohling ist beispielsweise ein Vorformrohling, der bereits hohe Anforderungen an eine Gewichtstoleranz und Oberflächengüte erfüllt. Der Glasrohling kann beispielsweise ein Volumenrohling sein. Ein Volumenrohling kann beispielsweise eine kugelförmige, zylinderförmige, linsenförmige oder kegelförmige Geometrie sein. Ferner kann der Glasrohling ein Dünnglas sein, dass sich dadurch auszeichnet, dass dieses orthogonal zu einer flächigen Erstreckung eine Stärke aufweist, die um ein Vielfaches geringer ist als die flächige Erstreckung. Umgeformte Dünngläser werden beispielsweise als Bildschirmabdeckung für Smartphones verwendet.
Die Umformvorrichtung umfasst die erste Station und die zweite Station zum Temperieren und/oder Umformen des Glasrohlings. Beispielsweise kann die Umformvorrichtung eine erste Station zum Temperieren und eine zweite Station zum Umformen des Glasrohlings aufweisen. Die Station zum Temperieren des Glasrohlings kann beispielsweise in prozessualer Richtung vor der Station zum Umformen des Glasrohlings angeordnet sein. Alternativ kann die Station zum Temperieren des Glasrohlings hinter der Station zum Umformen angeordnet sein, beispielsweise zum Kühlen.
Unter einer Station wird insbesondere ein Abschnitt der Umformvorrichtung verstanden, in dem die Transfereinheit mit dem Glasrohling während des Prozesses für eine vorbestimmte Zeit verbleibt. Insbesondere verbleibt die Transfereinheit mit dem Glasrohling innerhalb der Temperierzeitspanne an einer einzelnen Station. Eine Station kann eine, zwei oder mehrere Einheiten zur Durchführung der Umformung, beispielsweise eines Pressens und/oder eines Temperierens, aufweisen. Hierfür können neben dem im Folgenden beschriebenen Temperiereinheiten auch Pressstempel, weitere
Temperierelemente, beispielsweise zur konvektiven Erwärmung, Sauerstofffallen zur Vermeidung von unerwünschter Oxidation, Sensoren und ähnliches angeordnet sein.
Die erste Station weist eine erste Temperiereinheit und/oder die zweite Station eine zweite Temperiereinheit auf. Im Folgenden wird eine Temperiereinheit allgemein beschrieben, wobei diese Beschreibung für die erste Temperiereinheit und/oder die zweite Temperiereinheit zutrifft. Die Temperiereinheit ist angeordnet und ausgebildet, um die den Glasrohling haltende Transfereinheit innerhalb der Temperierzeitspanne auf die vordefinierte Temperatur zu temperieren. Unter einer Temperiereinheit wird allgemein eine Einheit verstanden, mit der die Transfereinheit und/oder der Glasrohling temperierbar ist, insbesondere erwärmbar oder kühlbar. Die Temperiereinheit ist insbesondere angeordnet und ausgebildet, die Transfereinheit mittels Wärmeleitung durch mechanischen Kontakt zu temperieren. Die Temperiereinheit kann zweigeteilt mit einer oberen Temperiereinheit und einer unteren Temperiereinheit ausgebildet sein, wobei die Transfereinheit zwischen der oberen Temperiereinheit und der unteren Temperiereinheit anordenbar ist.
Die Temperierzeitspanne ist prozessbedingt und beispielsweise von den verwendeten Formen, den Glasrohlingen und/oder der Anzahl an Stationen abhängig. Ein Dünnglasrohling erfordert häufig eine kürzere Temperierzeitspanne als ein Volumenrohling. Die Temperierzeitspanne beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 Minuten und 10 Minuten, insbesondere zwischen einer Minute und vier Minuten.
Es ist bevorzugt, dass die Temperiereinheit angeordnet und ausgebildet ist, dass die Transfereinheit auf dieser anordenbar ist. Beispielsweise kann die Temperiereinheit eine Temperieroberfläche aufweisen, auf der die Transfereinheit anordenbar ist. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Temperieroberfläche im bestimmungsgemäßen Betrieb im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, sodass die Transfereinheit auf dieser anordenbar ist. Die Temperieroberfläche kann darüber hinaus Positionierelemente aufweisen, um die Transfereinheit auf die Temperieroberfläche in einer vorbestimmten Position zu positionieren.
Die Transfereinheit ist angeordnet und ausgebildet, den Glasrohling zu halten. Unter einem Halten des Glasrohlings kann jegliches Positionieren des Glasrohlings verstanden werden. Dies kann beispielsweise mittels einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung erfolgen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Glasrohling in einer unteren Form der T ransfereinheit anordenbar ist. Die Transfereinheit ist vorzugsweise eine Form, mit einer oberen und/oder unteren Form. Ferner ist es bevorzugt, dass die Transfereinheit eine Kavität aufweist, insbesondere eine erste, untere Kavität und/oder eine zweite, obere Kavität. Der Glasrohling ist insbesondre innerhalb der Kavität anordenbar. Die erste Kavität kann durch eine erste Formeinheit einer Form und/oder die zweite Kavität durch eine zweite Formeinheit einer oder der Form ausgebildet werden. Die erste und/oder die zweite Formeinheit können mittels einer äußeren Hülse geführt werden.
Die Transfereinheit ist ferner angeordnet und ausgebildet, um mittels einer Vorschubeinheit von der ersten Station zu der zweiten Station bewegt zu werden. Hierfür kann die Transfereinheit beispielsweise Kopplungselemente aufweisen. Die Umformvorrichtung umfasst ferner eine mit der ersten Temperiereinheit und/oder der zweiten Temperiereinheit signaltechnisch gekoppelte Steuerungsvorrichtung, die eingerichtet ist, die erste Temperiereinheit und/oder die zweite Temperiereinheit mit einem Temperierprozessparameter einzustellen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die erste Temperiereinheit und die zweite Temperiereinheit jeweils mit einem Temperierprozessparameter einzustellen. Hierfür kann beispielsweise die Steuerungsvorrichtung die erste Temperiereinheit mit einem ersten Temperierprozessparameter und die zweite Temperiereinheit mit einem zweiten Temperierprozessparameter einstellen. Unter einem Einstellen kann auch ein Steuern und/oder Regeln verstanden werden. Insbesondere kann der T emperierprozessparameter kontinuierlich eingestellt und somit verändert werden. Die Steuerungsvorrichtung kann auch eine Recheneinheit sein.
Unter dem Temperierprozessparameter ist insbesondere jeglicher die Temperierung der Transfereinheit beeinflussender einstellbarer Parameter zu verstehen. Der Temperierprozessparameter kann direkt oder indirekt eine Temperatur und/oder eine Heizleistung der Temperiereinheit betreffen.
Die Steuerungsvorrichtung ist weiter eingerichtet, den Temperierprozessparameter innerhalb der Temperierzeitspanne derart zu verändern, dass die Transfereinheit mit dem vordefinierten Temperaturverlauf temperierbar ist. Mit einer derartig eingerichteten Steuerungsvorrichtung und derartig eingestellten Temperiereinheiten besteht die Möglichkeit, dass die Transfereinheit kurz vor oder zu Beginn der Temperierzeitspanne an der Temperiereinheit angeordnet wird und beispielsweise der Temperaturunterschied zwischen der Temperiereinheit und der Transfereinheit derart gering ist, dass ein Thermoschock verhindert wird. Da in der Regel jede Temperierung eine Verzögerung aufweist, kann unter Kenntnis der Verzögerung, die beispielsweise abhängig von einem Material und einer Größe der Form und des Glasrohlings ist, der Temperierungsvorgang, beispielsweise eine Anpassung der Heizleistung, nicht nur vor Kontakt der Transfereinheit mit der Temperiereinheit, sondern auch schon davor eingeleitet werden.
Darüber hinaus kann die Temperiereinheit derart eingestellt werden, dass trotz des bestehenden Temperaturunterschieds keine zu starke Aufheizung der Transfereinheit erfolgt. Wie im Folgenden noch näher erläutert, kann beispielsweise der P-Parameter zu Beginn der Temperierzeitspanne derart gering gewählt werden, dass keine zu starke Aufheizung zu Beginn der Temperierzeitspanne erfolgt. Im weiteren Verlauf der Temperierzeitspanne kann dann die Heizleistung erhöht werden, sodass unter Berücksichtigung von Material- und/oder Prozessparametern eine maximal starke und somit schnelle Aufheizung der Transfereinheit und des Glasrohlings ermöglicht wird, um die Taktzeit der Umformvorrichtung zu reduzieren.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Umformvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, den
Temperierprozessparameter derart einzustellen, dass zu einem Anfangszeitpunkt der Temperierzeitspanne eine erste Anfangstemperatur der ersten
Temperiereinheit und/oder eine zweite Anfangstemperatur der zweiten
Temperiereinheit einstellbar ist, und zu einem Endzeitpunkt der
Temperierzeitspanne eine erste Zieltemperatur der ersten Temperiereinheit und/oder eine zweite Zieltemperatur der zweiten Temperiereinheit einstellbar ist, wobei zum Heizen des Glasrohlings die erste Anfangstemperatur geringer ist als die erste Zieltemperatur und/oder die zweite Anfangstemperatur geringer ist als die zweite Zieltemperatur. Ferner ist es bevorzugt, dass zum Kühlen des Glasrohlings die erste Anfangstemperatur höher ist als die erste Zieltemperatur und/oder die zweite Anfangstemperatur höher ist als die zweite Zieltemperatur.
Der Anfangszeitpunkt der Temperierzeitspanne ist vorzugsweise der Beginn der Temperierzeitspanne. Ferner kann es bevorzugt sein, dass der Anfangszeitpunkt innerhalb der ersten 10% der Temperierzeitspanne liegt. Es ist ferner bevorzugt, dass der Endzeitpunkt das Ende der Temperierzeitspanne darstellt. Ferner kann es bevorzugt sein, dass der Endzeitpunkt innerhalb der letzten 10% der Temperierzeitspanne liegt. Es kann bevorzugt sein, dass die erste Zieltemperatur der zweiten Anfangstemperatur entspricht. Ferner kann es bevorzugt sein, dass ein Verhältnis aus der zweiten Anfangstemperatur und der ersten Zieltemperatur geringer als 1 ,5, vorzugsweise geringer als 1 ,25, ferner vorzugsweise geringer als 1 ,1 ist.
Ferner ist es bevorzugt, dass zwischen der ersten Anfangstemperatur und der ersten Zieltemperatur und/oder zwischen der zweiten Anfangstemperatur und der zweiten Zieltemperatur von der zweiten Temperiereinheit ein vordefinierter Temperaturverlauf vorgesehen ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Umformvorrichtung ist vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung eine Reglereinheit aufweist oder ist und der Temperierprozessparameter ein P-Parameter der Reglereinheit ist oder diesen umfasst, in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne die Reglereinheit einen ersten P-Wert und in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne die Reglereinheit einen zweiten P-Wert aufweist, und der zweite P-Wert höher als der erste P-Wert ist.
Der P-Parameter der Reglereinheit ist allgemein als Proportionalanteil bekannt und wird auch als Reglerverstärkung bezeichnet. Je höher der P-Wert der Reglereinheit gewählt ist, desto stärker reagiert der Regler auf eine Abweichung der Ist-Temperatur von einer Soll-Temperatur. Wenn die Transfereinheit mit einer geringen Temperatur an der Temperiereinheit angeordnet wird, würde die Reglereinheit mit einem hohen P-Wert eine hohe Heizleistung bereitstellen, um so schnell wie möglich von der niedrigen Ist-Temperatur auf die Soll-Temperatur zu regeln. Dieser hohe P-Wert würde dazu führen, dass die Transfereinheit mit einem hohen Temperaturgradienten zu Beginn der Temperierzeitspanne erwärmt wird. Dies hat die bereits genannten Nachteile. Mit einer Reglereinheit, die einen variablen P-Wert in Form des P-Parameters aufweist, kann gewährleistet werden, dass beispielsweise der genannte Thermoschock nicht eintritt.
Ergänzend oder alternativ kann die Reglereinheit einen I-Parameter und/oder einen D-Parameter aufweisen, wobei diese ebenfalls variabel ausgestaltet sein können. Solche Reglereinheiten werden auch als P-, PI-, PD- oder PID-Regler bezeichnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Umformvorrichtung ist vorgesehen, dass der Temperierprozessparameter eine Temperatur und/oder einen Druck betrifft. Diese Temperatur und/oder dieser Druck kann die oder der einer Temperiereinheit, des Glasrohlings und/oder eines Temperierelements, das auf den Glasrohling einwirkt, sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Umformvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Temperierprozessparameter eine Temperatur der Transfereinheit und/oder eines auf den Glasrohling einwirkenden Temperierelements betrifft, wobei die vordefinierte Temperatur von einem Zeitpunkt innerhalb der Temperierzeitspanne abhängig ist. Mit einem derartig eingestellten Temperierprozessparameter kann in vorteilhafterweise ein Temperaturverlauf einstellbar sein.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass der Temperierprozessparameter einen Temperierdruck betrifft, mit dem das Temperierelement auf den Glasrohling einwirkt, wobei der Temperierdruck von einem Zeitpunkt innerhalb der Temperierzeitspanne abhängig ist. Je größer der Druck des Temperierelements ist, desto größer ist die Wärmeübertragung auf den Glasrohling. Jedoch sollte der Temperierdruck einen vorbestimmten Druck nicht überschreiten, da der Glasrohling beschädigt oder zerstört werden könnte. Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass der Temperierdruck oszillierend bereitgestellt wird. Es ist bevorzugt, dass die Temperatur insbesondere zum Heizen erhöht und zum Kühlen verringert wird. Ferner ist es bevorzugt, dass der Temperierdruck angepasst, insbesondere erhöht wird.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung der Umformvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, dass der Temperierprozessparameter derart eingestellt wird, dass in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne die Temperatur mit einem ersten Temperaturgradienten steigt oder fällt und in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne die Temperatur mit einem zweiten Temperaturgradienten steigt oder fällt, wobei der zweite Temperaturgradient größer als der erste Temperaturgradient ist. Dies hat den Vorteil, dass die Transfereinheit beziehungsweise der Glasrohling zunächst mit einem geringen Temperaturgradient erwärmt wird und anschließend mit einem höheren, sodass die oben genannten Nachteile vermindert oder beseitigt werden.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, dass der Temperierprozessparameter derart eingestellt wird, dass in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne der Temperierdruck einen ersten Druckwert aufweist und in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierdruck einen zweiten Druckwert aufweist, wobei der zweite Druckwert größer als der erste Druckwert ist. Durch die steigende Temperatur des Glasrohlings kann in dem zweiten Zeitabschnitt ein höherer Temperierdruck aufgebracht werden, sodass eine bessere Temperierung ermöglicht wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Umformvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Temperiereinheit und/oder die zweite Temperiereinheit von der Steuerungsvorrichtung separat ansteuerbare Heizelemente aufweist und die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die Heizelemente derart anzusteuern, dass die erste Temperiereinheit und/oder die zweite Temperiereinheit eine vordefinierte Temperaturverteilung aufweist beziehungsweise aufweisen. Unter separat ansteuerbaren Heizelementen ist insbesondere zu verstehen, dass diese einzeln ansteuerbar sind.
Beispielsweise kann es bevorzugt sein, dass in einem Mittenabschnitt einer Temperiereinheit eine geringere Heizleistung bereitgestellt wird als in einem den Mittenabschnitt umgebenden Außenabschnitt. Der Außenabschnitt verliert üblicherweise mehr Wärme als der Mittenabschnitt, sodass mit einer derartigen Steuerung eine homogenere Temperaturverteilung und somit eine bessere Erwärmung der T ransfereinheit ermöglicht wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Umformvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Temperiereinheit und/oder die zweite Temperiereinheit eine Kühleinheit aufweist bzw. aufweisen, die angeordnet und ausgebildet ist bzw. sind, die erste Temperiereinheit und/oder die zweite Temperiereinheit zu kühlen.
Mittels einer Kühleinheit kann beispielsweise zum Ende der Temperierzeitspanne oder vor der Temperierzeitspanne die Temperiereinheit auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlt werden. Dies kann erforderlich sein, um beispielsweise den im Vorherigen beschriebenen Temperaturverlauf zu realisieren beziehungsweise eine geringe Taktzeit zu ermöglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne einen Kern der ersten Temperiereinheit und/oder der zweiten Temperiereinheit stärker zu erwärmen als einen den Kern umgebenden Außenabschnitt, sodass die Wärme vom Kern ausgehend in den Außenabschnitt transportiert wird, um einen Thermoschock zu vermeiden.
Ferner kann es bevorzugt sein, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne den Kern mit der Kühleinheit zu kühlen, sodass Wärme von dem Außenabschnitt zu der T ransfereinheit transportiert wird und nach Ablauf der Temperierzeitspanne eine Abkühlung der ersten Temperiereinheit und/oder der zweiten Temperiereinheit gewährleistet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne einen Kern der ersten Temperiereinheit und/oder der zweiten Temperiereinheit stärker zu kühlen als einen den Kern umgebenden Außenabschnitt.
Die Taktzeit wird unter anderem dadurch beeinflusst, wie schnell die Temperiereinheit nach der Temperierzeitspanne wieder abgekühlt werden kann, um eine weitere Transfereinheit mit einer geringen Anfangstemperatur aufzunehmen. In dieser Ausführungsvariante wird somit der Kern der Temperiereinheit bereits vor Abschluss der Temperierzeitspanne wieder gekühlt. Durch die vorhandenen Massen der Temperiereinheit führt das Kühlen des Kerns nicht unmittelbar zu einer Abkühlung der Temperieroberfläche und somit zu einer Abkühlung der T ransfereinheit. Jedoch führt diese vorherige Abkühlung des Kerns zu einer dann anschließenden schnelleren Abkühlung der gesamten Temperiereinheit, sodass die Abkühlzeit zwischen zwei aufeinander folgenden Temperierzeitspannen reduziert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die erste Temperiereinheit und/oder die zweite Temperiereinheit eine Heizeinheit, vorzugsweise mit einem induktiven Heizelement, aufweist. Es ist bevorzugt, dass die Heizeinheit und die Kühleinheit integral ausgebildet sind, wobei die Transfereinheit an der Kühleinheit anordenbar ist, sodass eine von der Heizeinheit bereitgestellte Wärme durch die Kühleinheit hindurch zu der Transfereinheit übertragen wird. Darüber hinaus kann die Heizeinheit das im Vorherigen beschriebene Heizelement aufweisen, wobei die Kühleinheit vorhanden sein kann. Beispielsweise kann die Kühlung auch mittels Konvektion, beispielsweise durch eine Zuführung eines gasförmigen Kühlmediums oder eines Thermalöls, erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Umformvorrichtung ist vorgesehen, dass die Heizeinheit eine Oberseite zur Anordnung der Transfereinheit aufweist und auf einer der Oberseite abgewandten Unterseite der Heizeinheit ein oder das Heizelement angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Umformvorrichtung ist vorgesehen, dass zwischen der Kühleinheit und der Heizeinheit eine wärmeleitende Zwischenschicht angeordnet ist, um eine Wärme im bestimmungsgemäßen Betrieb an die Transfereinheit zu leiten.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung der Umformvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Heizeinheit zwei oder mehr Heizelemente aufweist, die von einem Heizring zumindest abschnittsweise umschlossen sind. Beispielsweise kann die Heizeinheit zwei oder mehrere parallel zueinander angeordnete Heizelemente, beispielsweise Heizpatronen aufweisen. Der Heizring kann beispielsweise auch heizpatronenförmig oder als Heizkanal mit einem Heizfluid ausgebildet sein. Der Heizring umschließt zumindest abschnittsweise oder im Wesentlichen vollständig die weiteren Heizelemente. Mit dieser Anordnung wird vermieden, dass ein Außenabschnitt eine geringere Temperatur aufweist als ein Mittenabschnitt der Heizeinheit beziehungsweise der Temperiereinheit, da der Außenabschnitt in der Regel eine höhere Heizleistung erfordert als der Kern beziehungsweise der Mittenabschnitt, da der Außenabschnitt einen höheren Wärmeverlust aufweist.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Heizeinheit zwei oder mehr Heizringe aufweist, die beispielsweise als Heizschlangen angeordnet sind. In dieser Ausführung können die Heizpatronen optional sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Umformvorrichtung umfasst eine Fluideinheit zur Bewirkung einer Strömung eines in zwei oder mehr Kavitäten der Kühleinheit enthaltenen Temperierfluids, wobei die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die Fluideinheit derart anzusteuern, dass zwischen zwei aufeinander folgenden Temperierzeitspannen das Temperierfluid gegen ein Temperierfluid niedrigerer Temperatur ausgetauscht wird, sodass eine schnelle Abkühlung der ersten Temperiereinheit und/oder der zweiten Temperiereinheit ermöglicht wird.
Vorzugsweise ist die Fluideinheit fluidisch mit einem Fluidbehälter gekoppelt, in dem das Fluid, insbesondere das Temperierfluid niedriger Temperatur, bevorratet ist. Ferner kann der Fluidbehälter ausgebildet sein, um das Temperierfluid zu temperieren, insbesondre zu kühlen. Es ist bevorzugt, dass das Temperierfluid in einem Mittenabschnitt der Kühleinheit bereitgestellt wird und von dem Mittenabschnitt sternförmig in Richtung eines Außenabschnitts strömt. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Temperierzeitspannen kann auch bedeuten, dass am Ende einer Temperierzeitspanne oder am Anfang einer weiteren Temperierzeitspanne das Temperierfluid gegen das Temperierfluid niedriger Temperatur ausgetauscht wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Umformvorrichtung umfasst einen mit einer Wandung umwandeten Prozessraum, in dem die erste Station und die zweite Station angeordnet sind, eine Transferöffnung innerhalb der Wandung zum Ein- und/oder Ausbringen der Transfereinheit in beziehungsweise aus dem Prozessraum, ein bewegbares Schleusenelement zum Öffnen und Verschließen der Transferöffnung, das an der Wandung entlangführbar ist, wobei zwischen der Wandung und dem Schleusenelement ein volumensteuerbares Dichtelement wirkt.
Mit dem volumensteuerbaren Dichtelement kann der Prozessraum sicherer abgedichtet werden, wodurch ein Verlust an Stickstoff und der Eintritt von Sauerstoff vermindert oder vermieden wird, um den Verschleiß der Formen zu reduzieren.
Das volumensteuerbare Dichtelement kann beispielsweise aufblasbar ausgebildet sein. Insbesondere ist es bevorzugt, dass das Dichtelement einen Innenraum aufweist, der fluidisch mit einer Fluidbereitstellungseinheit gekoppelt ist, sodass ein Dichtfluid in das Dichtelement hineinführbar ist, um dieses aufzublasen. Dies hat den Vorteil, dass bei einer geschlossenen Transferöffnung das Dichtelement ein hohes Volumen aufweist und somit die Transferöffnung sicher verschließt. Bei einer Öffnung der Transferöffnung, beispielsweise durch ein Bewegen des Schleusenelements, kann das volumensteuerbare Dichtelement ein geringes Volumen aufweisen, um einen Verschleiß an dem Dichtelement zu reduzieren oder zu vermeiden.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung der Umformvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine mit der Transfereinheit koppelbare Befestigungsplatte umfasst, wobei ein mit der Befestigungsplatte koppelbarer Pressstempel zur Bewirkung einer Presskraft einen Hohlraum aufweist, der von einem Kühlfluid durchströmbar ist, um den Pressstempel zu kühlen.
Die Kopplung zwischen der Transfereinheit und der Befestigungsplatte kann beispielsweise durch ein Anordnen der Transfereinheit an der Befestigungsplatte erfolgen. Ein gekühlter Pressstempel hat den Vorteil, dass dieser eine verringerte thermische Verlagerung aufweist. Ferner werden Dichtflächen mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit beschädigt.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass innerhalb des Hohlraums des Pressstempels eine Kühlhülse angeordnet ist, sodass ein Kühlfluid durch die Kühlhülse in den Hohlraum hineinführbar ist und an einem Ende des Hohlraums wieder abführbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Umformvorrichtung umfasst diese einen mit der Befestigungsplatte und/oder dem Pressstempel gekoppelten Elektromotor, der die Presskraft erzeugt. Die Presskraft wird im Stand der T echnik in der Regel durch einen Pneumatikzylinder bereitgestellt. Durch einen Elektromotor, insbesondere einen Servomotor, kann die Presskraft präzise und variabel eingestellt werden. Beispielsweise kann in Abhängigkeit der Position des Pressstempels eine definierte Presskraft aufgebracht werden.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die Umformvorrichtung eine Vorschubeinheit aufweist, die angeordnet und ausgebildet ist, die Transfereinheit von der ersten Station zu der zweiten Station zu bewegen. Die Vorschubeinheit weist vorzugsweise einen Elektromotor auf, um die Transfereinheit zu bewegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Umformen, vorzugsweise zum isothermen Umformen, eines Glasrohlings, insbesondere eines Volumenrohlings und/oder eines Dünnglases, umfassend die Schritte: Temperieren einer den Glasrohling haltenden Transfereinheit mit einer Temperiereinheit innerhalb einer Temperierzeitspanne auf eine vordefinierte Temperatur, wobei der Glasrohling mit der Transfereinheit von einer ersten Station zu einer zweiten Station bewegbar ist, und Einstellen der Temperiereinheit mit einem Temperierprozessparameter, der innerhalb der Temperierzeitspanne derart verändert wird, dass die Transfereinheit mit einem vordefinierten Temperaturverlauf temperierbar ist.
Es ist bevorzugt, dass zu einem Anfangszeitpunkt der Temperierzeitspanne eine erste Anfangstemperatur der ersten Temperiereinheit und/oder eine zweite Anfangstemperatur der zweiten Temperiereinheit eingestellt wird. Ferner ist es bevorzugt, dass zu einem Endzeitpunkt der Temperierzeitspanne eine erste Zieltemperatur der ersten Temperiereinheit und/oder eine zweite Zieltemperatur der zweiten Temperiereinheit eingestellt wird. Ferner ist es zum Heizen bevorzugt, dass die erste Anfangstemperatur geringer ist als die erste Zieltemperatur und/oder die zweite Anfangstemperatur geringer ist als die zweite Zieltemperatur. Ferner ist es zum Kühlen bevorzugt, dass die erste Anfangstemperatur höher ist als die erste Zieltemperatur und/oder die zweite Anfangstemperatur höher ist als die zweite Zieltemperatur.
Es ist bevorzugt, dass in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne ein erster P-Wert und in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne ein zweiter P-Wert eingestellt wird, wobei der zweite P-Wert höher als der erste P-Wert ist.
Es ist bevorzugt, dass die vordefinierte Temperatur von einem Zeitpunkt innerhalb der Temperierzeitspanne abhängig ist. Es ist bevorzugt, dass der Temperierprozessparameter derart eingestellt wird, dass in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne die Temperatur mit einem ersten Temperaturgradienten steigt oder fällt und in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne die Temperatur mit einem zweiten Temperaturgradienten steigt oder fällt, wobei der zweite Temperaturgradient größer als der erste Temperaturgradient ist. Dass der zweite Temperaturgradient größer als der erste Temperaturgradient ist insbesondere betragsmäßig zu verstehen, sodass dies für ein Heizen und ein Kühlen gilt. Im Falle eines Heizens, insbesondere vor der Umformung, steigt die Temperatur in der Regel. Im Falle eines Kühlens, insbesondere nach der Umformung, fällt die Temperatur in der Regel.
Ferner ist es bevorzugt, dass der Temperierprozessparameter derart eingestellt wird, dass in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne der Temperierdruck einen ersten Druckwert aufweist und in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierdruck einen zweiten Druckwert aufweist, wobei der zweite Druckwert größer als der erste Druckwert ist.
Es ist bevorzugt, dass die Heizelemente derart angesteuert werden, dass die erste Temperiereinheit und/oder die zweite Temperiereinheit eine vordefinierte Temperaturverteilung aufweist beziehungsweise aufweisen. Ferner ist es bevorzugt, dass die erste Temperiereinheit und/oder die zweite Temperiereinheit gekühlt werden.
Es ist bevorzugt, dass in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne ein Kern der ersten Temperiereinheit und/oder der zweiten Temperiereinheit stärker erwärmt wird als ein den Kern umgebenden Außenabschnitt, sodass Wärme vom Kern ausgehend in den Außenabschnitt transportiert wird. Ferner ist es bevorzugt, dass in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne der Kern mit der Kühleinheit gekühlt wird, sodass Wärme von dem Außenabschnitt der Transfereinheit transportiert wird und nach Ablauf der Temperierzeitspanne eine Abkühlung der ersten Temperiereinheit und/oder der zweiten Temperiereinheit gewährleistet ist.
Es ist bevorzugt, dass zwischen zwei aufeinander folgenden Temperierzeitspannen ein Temperierfluid der Kühleinheit gegen ein Temperierfluid niedrigerer Temperatur ausgetauscht wird, sodass eine schnelle Abkühlung der ersten Temperiereinheit und/oder der zweiten Temperiereinheit ermöglicht wird.
Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der einzelnen Aspekte und ihrer möglichen Fortbildungen wird auch auf die erfolgte Beschreibung zu den weiteren Aspekten, den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen verwiesen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen: Figur 1 : eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform einer Umformvorrichtung;
Figur 2: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Umformvorrichtung;
Figur 3: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform einer Heizeinheit;
Figur 4: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform einer Kühleinheit;
Figur 5: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform einer ersten Transferöffnung;
Figur 6: eine weitere schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer ersten Transferöffnung;
Figur 7: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer Presseinheit;
Figur 8: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Presskolbens;
Figur 9: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer
Vorschubeinheit;
Figur 10: eine weitere schematische, zweidimensionale Ansicht einer
Vorschubeinheit;
Figur 11 : eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften
Ausführungsform einer Temperiereinheit; und
Figur 12: eine schematische Ansicht eines beispielhaften Verfahrens.
In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche beziehungsweise -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In den Figuren 1 und 2 ist eine Umformvorrichtung 1 gezeigt, in deren Prozessraum 2 eine erste Station 4, eine zweite Station 5, eine dritte Station 6 und eine vierte Station 8 angeordnet ist. Die Umformvorrichtung 1 umfasst eine erste Transferöffnung 10, durch die die Transfereinheiten 28 in den Prozessraum 2 gelangen. Die erste Transferöffnung 10 ist mit einem ersten Schleusenelement 12 verschließbar, wobei dieses in vertikaler Richtung verfahrbar angeordnet ist, um die erste Transferöffnung 10 freizugeben. Ferner weist die Umformvorrichtung 1 die zweite Transferöffnung 14 auf, durch die die Transfereinheiten 28 wieder aus dem Prozessraum 2 herausführbar sind. Die zweite Transferöffnung 14 ist mit dem zweiten Schleusenelement 16 öffenbar und verschließbar.
An jeder Station 4-8 ist jeweils eine Temperiereinheit 18, 38, 40, 42 angeordnet. Die Temperiereinheiten 18, 38-42 sind angeordnet und ausgebildet, um eine den Glasrohling 36 haltende Transfereinheit 28 innerhalb einer Temperierzeitspanne auf eine vordefinierte Temperatur zu temperieren. Insbesondere die erste Station 4 und die zweite Station 5 sind zur Aufheizung des Glasrohlings 36 vorgesehen. Hierfür werden diese mit der als Form ausgebildeten Transfereinheit 28 jeweils auf einer Temperieroberfläche der Temperiereinheiten 18, 38-42 angeordnet und erwärmt. Die Temperiereinheit 18 ist mit einer unteren Temperiereinheit 18a und einer oberen Temperiereinheit 18b dargestellt. Die weiteren Temperiereinheiten 38-42 können in analogerweise auch obere Temperiereinheiten aufweisen.
Die Steuerungsvorrichtung 134 ist mit den Temperiereinheiten 18, 38-42 signaltechnisch gekoppelt. Die Steuerungsvorrichtung 134 ist eingerichtet, die Temperiereinheiten 18, 38-42 mit einem Temperierprozessparameter einzustellen. Der Temperierprozessparameter kann beispielsweise ein P-Wert sein. Ferner kann der Temperierprozessparameter eine Temperatur der Transfereinheit 28 oder des Glasrohlings 36 sein. Ferner kann der Temperierprozessparameter ein Temperierdruck sein.
Die Steuerungsvorrichtung 134 ist ferner eingerichtet, den Temperierprozessparameter innerhalb der Temperierzeitspanne derart zu verändern, dass die Transfereinheit 28 mit einem vordefinierten Temperaturverlauf temperierbar ist.
Um einen derartigen Temperaturverlauf in vorteilhafterweise zu ermöglichen, weist die erste Temperiereinheit 18 in analogerweise zu den weiteren Temperiereinheiten 38-42 eine Heizeinheit 20 und darin eingebettete Heizelemente 22, beispielsweise Heizpatronen, auf. Ferner umfasst die erste Temperiereinheit 18 eine Isolierplatte 24 und eine Kühleinheit 26. Die Heizeinheit 20 bildet unter anderem die Temperieroberfläche aus, auf der die Transfereinheit 28 im bestimmungsgemäßen Betrieb des Temperierens anordenbar ist. Die Isolierplatte 24 ist zwischen der Kühleinheit 26 und der Heizeinheit 20 angeordnet. Die Transfereinheit 28 weist eine untere Form 30 und eine obere Form 32 auf. Ferner ist um die Form 30, 32 herum eine Zentrierhülse 34 vorgesehen. Darüber hinaus ist um die Zentrierhülse herum üblicherweise eine weitere nicht gezeigte Handhabungshülse vorgesehen.
Alternativ zu dieser Ausführung kann auch die Isolierplatte 24 nicht vorgesehen werden und stattdessen lediglich die Heizeinheit 20 und die Kühleinheit 26. Insbesondere kann die Kühleinheit 26 die Temperieroberfläche ausbilden und die Heizeinheit 20 auf einer der T emperieroberfläche gegenüberliegend angeordneten Oberfläche der Kühleinheit 26 angeordnet sein, sodass der Wärmeübergang von der Heizeinheit 20 zu der T ransfereinheit 28 durch die Kühleinheit hindurch erfolgt.
Die in Figur 1 gezeigte Umformvorrichtung 1 zeigt Transfereinheiten 28 zur Umformung von Glasrohlingen, die als Volumenrohlinge ausgebildet sind. In Figur 2 ist die Transfereinheit 28 zur Umformung von Dünnglas ausgebildet und weist dafür die untere Form 30‘ und die obere Form 32‘ auf.
Figur 3 zeigt eine detaillierte Ansicht der Heizeinheit 20. Die Heizeinheit 20 umfasst eine Heizplatte 54. In der Heizplatte 54 sind Heizpatronen 56 eingelassen. Alternativ zu den eingelassenen Heizpatronen 56 können Heizkanäle 58 in die Heizplatte 54 eingebettet sein, die beispielsweise von einem Thermalöl durchflossen werden. Angrenzend an eine äußere Kante der Heizplatte 54 ist ein Heizring 60 angeordnet. Der Heizring 60 kann entweder heizpatronenförmig oder als Heizkanal ausgebildet sein, durch den ein Thermalöl fließt. Mit einer derartigen Heizeinheit 20 kann die T ransfereinheit 28 in vorteilhafterweise temperiert werden, da diese eine besonders homogene Wärmebereitstellung ermöglicht. Insbesondere bietet der Heizring 60 eine bessere Wärmeverteilung, da üblicherweise die Randbereiche von Heizplatten 54 kühler sind.
Figur 4 zeigt eine detaillierte Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Kühleinheit 26. Die Kühleinheit 26 umfasst eine Kühlplatte 48, die einen mittigen Kühlmittelzulauf 50 und sternförmig von dem Kühlmittelzulauf 50 abgehende Kühlkanäle 52 aufweist. Um die sternförmig verlaufenden Kühlkanäle 52 ist ein die äußere Kontur der Kühlplatte 48 nachbildender Kühlkanal 53 vorgesehen. Eine derartige Kühleinheit 26 hat den Vorteil, dass bereits vor Ende der Temperierzeitspanne durch den zentralen Kühlmittelzulauf 50 ein kaltes Kühlfluid bereitstellbar ist, welches bei entsprechender Steuerung jedoch erst langsam in Richtung des äußeren Kühlkanals 53 fließt. Somit besteht die Möglichkeit, dass die Kühleinheit 26 bereits vor Ende der Temperierzeitspanne den inneren Kern der Kühlplatte 48 kühlt, jedoch die auf der Kühlplatte 48 angeordnete Transfereinheit 28 weiter geheizt wird.
In Figur 5 ist eine detaillierte Darstellung der ersten Transferöffnung 10 mit dem ersten Schleusenelement 12 gezeigt. Die erste Transferöffnung 10 ist innerhalb einer Prozessraumwandung 62 des Prozessraums 2 angeordnet. Das erste Schleusenelement 12 ist mittels einer ersten Führungsschiene 64 und einer zweiten Führungsschiene 66 an der Prozessraumwandung 62 geführt. Das erste Schleusenelement 12 weist eine erste Dichtungsausnehmung 68 und eine zweite Dichtungsausnehmung 72 auf. Die Dichtungsausnehmungen 68, 72 können als Nut ausgebildet sein und vorzugsweise eine umlaufende Nut ausbilden. In den Dichtungsausnehmungen 68, 72 sind volumensteuerbare Dichtelemente 70, 74 angeordnet. Es kann auch ein einzelnes volumensteuerbares Dichtelement angeordnet sein, dass beispielsweise umlaufend wie in der Figur 6 gezeigt angeordnet sein kann.
Da das erste Schleusenelement 12 mit jedem Takt einmal öffnet und schließt, ist üblicherweise der Verschleiß an den Dichtungen hoch. Das erste volumensteuerbare Dichtelement 70 und das zweite volumensteuerbare Dichtelement 74 sind daher aufblasbar ausgebildet. Zum besseren Verständnis ist das erste volumensteuerbare Dichtelement 70 im nicht aufgeblasenen Zustand und das zweite volumensteuerbare Dichtelement 74 im aufgeblasenen Zustand dargestellt. Es ist gezeigt, dass das zweite volumensteuerbare Dichtelement 74 eine dichte Verbindung zwischen dem Schleusenelement 12 und der Prozessraumwandung 62 ausbildet.
Figur 7 zeigt eine Umformeinheit, die üblicherweise außerhalb der Prozesskammer 2 angeordnet ist und dessen Presskolben 46 durch die Prozessraumwandung 62 hindurchtritt und dort mittels der Befestigungsplatte 44 auf die Transfereinheit 28 beziehungsweise die Form einwirken kann. Die Umformeinheit weist einen Elektromotor 86 auf, der beispielsweise als Servomotor ausgebildet sein kann. Der Elektromotor 86 ist mit einer Gewindespindel 84 und darüber mit einer Spindelmutter 88 verbunden. Die Spindelmutter 88 ist formschlüssig mit der Hohlwelle 90 verbunden, sodass durch eine Drehung der Gewindespindel 84 die Spindelmutter 88 hoch beziehungsweise runter verfahrbar ist. Dadurch kann diese die Hohlwelle 90 ebenfalls vertikal bewegen. Die Hohlwelle 90 ist wiederum mit dem Führungsschlitten 76 gekoppelt. Der Führungsschlitten 76 ist mit einer ersten Linearführung 78 und einer zweiten Linearführung 80 geführt, sodass dieser mit einer hohen Präzision vertikal bewegbar ist. Der Führungsschlitten 76 ist mit dem Presskolben 46 verbunden. Der Elektromotor 86 und die Linearführungen 78, 80 sind an dem Gestell 82 der Umformeinheit angeordnet.
In Figur 8 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante des Presskolbens 46 gezeigt. Dieser umfasst ein Kolbengehäuse 92, das einen Hohlraum aufweist. In diesem Hohlraum ist die Fluidhülse 94 angeordnet, die einen Fluidzulauf 96 aufweist. Somit kann ein Fluid durch den Fluideinlass 102 in den Fluidzulauf 96 fließen. Die Länge der Fluidhülse 94 ist so gewählt, dass diese einen Spalt zwischen dem Austritt und dem Boden der Kolbengehäuse lässt. Somit kann an diesem Ende das Fluid aus der Fluidhülse 94 austreten und in den Hohlraum beziehungsweise den Fluidablauf 98 des Kolbengehäuses 92 strömen. Von dort aus kann dieses durch den Fluidauslass 100 hinausströmen. Somit wird ein Presskolben 46 ermöglicht, der kontinuierlich gekühlt wird, sodass die hohen Temperaturen in der Prozesskammer 2 zu keinen prozessstörenden Dehnungen und/oder Verformungen des Presskolbens 46 führen.
Die Figuren 9 und 10 zeigen eine Vorschubeinheit 104, die angeordnet und ausgebildet ist, die Transfereinheit 28 durch die Prozesskammer 2 von einer Station zur nächsten Station zu bewegen. Die Vorschubeinheit 104 umfasst einen Elektromotor 106 der mittels einer Kupplung 108 mit einer Gewindespindel 114 mechanisch gekoppelt ist. Die Gewindespindel 114 ist mit Lagerblöcken 110, 116 gelagert. Ferner ist auf der Gewindespindel 114 eine Spindelmutter 112 angeordnet. Die Spindelmutter 112 ist in translatorischer Richtung mit einem Verbindungselement 126 verbunden. Das Verbindungselement 126 ist wiederum über einen Lagerblock 120 drehbar mit einer Vorschubstange 122 gekoppelt. Durch eine rotatorische Bewegung der Gewindespindel 114 wird somit eine Vorschubbewegung 124 der Linearführungsschiene 118 bewirkt. Somit kann die Transfereinheit 28 durch den Prozessraum 2 bewegt werden.
In Figur 11 ist eine mögliche Ausführungsform einer Temperiereinheit 18 gezeigt. Die Temperiereinheit umfasst die Heizeinheit 20 mit Heizelementen 22, eine Isolierplatte 24 und die Kühleinheit 26. Die Einheit bestehend aus Heizeinheit 20, Isolierplatte 24 und Kühleinheit 26 ist über Gewindestangen 138 mit der Befestigungsplatte 44 verbunden. Unterhalb der Heizeinheit 20 wird im bestimmungsgemäßen Betrieb die Transfereinheit 28 angeordnet. Durch eine vertikale Bewegung des Presskolbens 46 in Figur 11 nach unten wird eine Kraft auf die Transfereinheit 28 ausgeübt, sodass die obere Kavität der Transfereinheit 28 nach unten gedrückt und der Glasrohling 36 umgeformt wird.
Figur 12 zeigt ein schematisches Verfahren. In Schritt 200 wird eine den Glasrohling 36 haltende Transfereinheit 28 mit einer Temperiereinheit 18, 38-42 innerhalb einer Temperierzeitspanne auf eine vordefinierte Temperatur temperiert. Der Glasrohling 36 wird zwischen zwei aufeinanderfolgenden Temperierzeitspannen mit der Transfereinheit 28 von der ersten Station 4 zu der zweiten Station 5 bewegt.
In Schritt 202 wird die Temperiereinheit 18, 38-42 mit einem Temperierprozessparameter eingestellt, der innerhalb der Temperierzeitspanne derart verändert wird, dass die Transfereinheit 28 mit einem vordefinierten Temperaturverlauf temperiert wird. Das Einstellen der Transfereinheit 28 kann auch ein Steuern und/oder Regeln sein.
Die im Vorherigen beschriebene Umformvorrichtung 1 und das entsprechende Verfahren ermöglichen eine bessere Umformung von Glasrohlingen 36. Die Verbesserung besteht insbesondere darin, dass die Temperiereinheiten 18, 38-42 nicht auf eine feste Temperatur temperiert werden, sondern die Temperierung der Transfereinheit 28 einstellbar ist. BEZUGSZEICHEN
Umformvorrichtung
Prozessraum erste Station zweite Station dritte Station vierte Station erste Transferöffnung erstes Schleusenelement zweite Transferöffnung zweites Schleusenelement erste Temperiereinheit Heizeinheit Heizelement Isolierplatte Kühleinheit
Transfereinheit , 30' untere Form , 32' obere Form
Zentrierhülse
Glasrohling zweite Temperiereinheit dritte Temperiereinheit vierte Temperiereinheit Befestigungsplatte
Presskolben
Kühlplatte
Kühlmittelzulauf , 53 Kühlkanal
Heizplatte
Heizpatrone
Heizkanal
Heizring
Prozessraumwandung erste Führungsschiene zweite Führungsschiene erste Dichtungsausnehmung erstes volumensteuerbares Dichtelement zweite Dichtungsausnehmung zweites volumensteuerbares Dichtelement
Führungsschlitten erste Linearführung zweite Linearführung
Gestell
Gewindespindel
Elektromotor
Spindelmutter
Hohlwelle 2 Kolbengehäuse
94 Fluidhülse
96 Fluidzulauf
98 Fluidablauf
100 Fluidauslass
102 Fluideinlass
104 Vorschubeinheit
106 Elektromotor
108 Kupplung
110 Lagerblock
112 Spindelmutter
114 Gewindespindel
116 Lagerblock
118 Linearführungsschiene
120 Lagerblock
122 Vorschubstange
124 Vorschubrichtung
126 Verbindungselement
128 Grundplatte
130 Linearführungsschlitten
132 Festlager
134 Steuerungsvorrichtung
136 Passschrauben
138 Gewindestangen

Claims

ANSPRÜCHE Umformvorrichtung (1) zum Umformen eines Glasrohlings (36), umfassend eine erste Station (4) und eine zweite Station (5, 6, 8) zum Temperieren und/oder Umformen des Glasrohlings (36), wobei die erste Station (4) eine erste Temperiereinheit (18) und/oder die zweite Station (5, 6, 8) eine zweite Temperiereinheit (38-42) aufweist, die angeordnet und ausgebildet sind, eine den Glasrohling (36) haltende Transfereinheit (28) innerhalb einer Temperierzeitspanne auf eine vordefinierte Temperatur zu temperieren, eine mit der ersten Temperiereinheit (18) und/oder der zweiten Temperiereinheit (38-42) signaltechnisch gekoppelte Steuerungsvorrichtung (134), die eingerichtet ist, die erste T emperiereinheit (18) und/oder die zweite T emperiereinheit (38-42) mit einem Temperierprozessparameter einzustellen, wobei die Steuerungsvorrichtung (134) eingerichtet ist, den Temperierprozessparameter innerhalb der Temperierzeitspanne derart zu verändern, dass die Transfereinheit (28) mit einem vordefinierten Temperaturverlauf temperierbar ist. Umformvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , wobei die Steuerungsvorrichtung (134) eingerichtet ist, den Temperierprozessparameter derart einzustellen, dass zu einem Anfangszeitpunkt der Temperierzeitspanne eine erste Anfangstemperatur der ersten Temperiereinheit (18) und/oder eine zweite Anfangstemperatur der zweiten Temperiereinheit (38-42) einstellbar ist, und zu einem Endzeitpunkt der Temperierzeitspanne eine erste Zieltemperatur der ersten Temperiereinheit (18) und/oder eine zweite Zieltemperatur der zweiten Temperiereinheit (38-42) einstellbar ist, wobei zum Heizen des Glasrohlings die erste Anfangstemperatur geringer ist als die erste Zieltemperatur und/oder die zweite Anfangstemperatur geringer ist als die zweite Zieltemperatur, und/oder wobei zum Kühlen des Glasrohlings die erste Anfangstemperatur höher ist als die erste Zieltemperatur und/oder die zweite Anfangstemperatur höher ist als die zweite Zieltemperatur.
3. Umformvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerungsvorrichtung (134) eine Reglereinheit aufweist und der Temperierprozessparameter ein P-Parameter der Reglereinheit ist, in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne die Reglereinheit einen ersten P-Wert und in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne die Reglereinheit einen zweiten P-Wert aufweist, und der zweite P-Wert höher als der erste P-Wert ist.
4. Umformvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Temperierprozessparameter eine Temperatur der Transfereinheit (28) und/oder eines auf den Glasrohling (36) einwirkenden Temperierelements betrifft, wobei die vordefinierte Temperatur von einem Zeitpunkt innerhalb der Temperierzeitspanne abhängig ist, und/oder der Temperierprozessparameter einen Temperierdruck betrifft, mit dem das Temperierelement auf den Glasrohling (36) einwirkt, wobei der Temperierdruck von einem Zeitpunkt innerhalb der Temperierzeitspanne abhängig ist.
5. Umformvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerungsvorrichtung (134) eingerichtet ist, dass der Temperierprozessparameter derart eingestellt wird, dass in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne die Temperatur mit einem ersten Temperaturgradienten steigt oder fällt und in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne die Temperatur mit einem zweiten Temperaturgradienten steigt oder fällt, wobei der zweite Temperaturgradient größer als der erste Temperaturgradient ist, und/oder der Temperierprozessparameter derart eingestellt wird, dass in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne der Temperierdruck einen ersten Druckwert aufweist und in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierdruck einen zweiten Druckwert aufweist, wobei der zweite Druckwert größer als der erste Druckwert ist.
6. Umformvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Temperiereinheit (18) und/oder die zweite Temperiereinheit (38-42) von der Steuerungsvorrichtung (134) separat ansteuerbare Heizelemente (56, 58) aufweist und die Steuerungsvorrichtung (134) eingerichtet ist, die Heizelemente (56, 58) derart anzusteuern, dass die erste Temperiereinheit (18) und/oder die zweite Temperiereinheit (38-42) eine vordefinierte Temperaturverteilung aufweist bzw. aufweisen.
7. Umformvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Temperiereinheit (18) und/oder die zweite Temperiereinheit (38-42) eine Kühleinheit (26) aufweist, die angeordnet und ausgebildet ist, die erste Temperiereinheit (18) und/oder die zweite Temperiereinheit (38-42) zu kühlen.
8. Umformvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerungsvorrichtung (134) eingerichtet ist, in einem ersten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne einen Kern der ersten Temperiereinheit (18) und/oder der zweiten Temperiereinheit (38-42) stärker zu erwärmen als einen den Kern umgebenden Außenabschnitt, sodass die Wärme vom Kern ausgehend in den Außenabschnitt transportiert wird, um einen Thermoschock zu vermeiden, und/oder die Steuerungsvorrichtung (134) eingerichtet ist, in einem auf den ersten Zeitabschnitt folgenden zweiten Zeitabschnitt der Temperierzeitspanne den Kern mit der Kühleinheit zu kühlen, sodass Wärme von dem Außenabschnitt zu der Transfereinheit (28) transportiert wird und nach Ablauf der Temperierzeitspanne eine Abkühlung der ersten Temperiereinheit (18) und/oder der zweiten Temperiereinheit (38-42) gewährleistet ist.
9. Umformvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Temperiereinheit (18) und/oder die zweite Temperiereinheit (38-42) eine Heizeinheit (20) aufweist, und vorzugsweise die Heizeinheit (20) und die Kühleinheit (26) integral ausgebildet sind, wobei die Transfereinheit an der Kühleinheit anordenbar ist, sodass eine von der Heizeinheit bereitgestellte Wärme durch die Kühleinheit hindurch zu der Transfereinheit übertragen wird.
10. Umformvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Heizeinheit (20) eine Oberseite zur Anordnung der Transfereinheit (28) aufweist und auf einer der Oberseite abgewandten Unterseite der Heizeinheit (20) ein oder das Heizelement (56, 58) angeordnet ist.
11. Umformvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der Kühleinheit (26) und der Heizeinheit eine wärmeleitende Zwischenschicht (24) angeordnet ist, um eine Wärme im bestimmungsgemäßen Betrieb an die Transfereinheit (28) zu leiten.
12. Umformvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Heizeinheit (20) zwei oder mehr Heizelemente (56, 58) aufweist, die von einem Heizring (60) zumindest abschnittsweise umschlossen sind.
13. Umformvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Fluideinheit zur Bewirkung einer Strömung eines in zwei oder mehr Kavitäten (52, 53) der Kühleinheit (26) enthaltenen Temperierfluids, wobei die Steuerungsvorrichtung (134) eingerichtet ist, die Fluideinheit derart anzusteuern, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Temperierzeitspannen das Temperierfluid gegen ein Temperierfluid niedrigerer Temperatur ausgetauscht wird, sodass eine schnelle Abkühlung der ersten Temperiereinheit (18) und/oder der zweiten Temperiereinheit (38-42) ermöglicht wird. mvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen mit einer Wandung (62) umwandeten Prozessraum (2), in dem die erste Station (4) und die zweite Station (5, 6, 8) angeordnet sind, eine Transferöffnung (10, 14) innerhalb der Wandung (62) zum Ein- und/oder Ausbringen der Transfereinheit (28) in bzw. aus dem Prozessraum (2), ein bewegbares Schleusenelement (12, 16) zum Öffnen und Verschließen der Transferöffnung (10, 14), das an der Wandung (62) entlangführbar ist, wobei zwischen der Wandung (62) und dem Schleusenelement (12, 16) ein volumensteuerbares Dichtelement (70, 74) wirkt. mvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine mit der Transfereinheit (28) koppelbare Befestigungsplatte (44), wobei ein mit der Befestigungsplatte koppelbarer Pressstempel (46) zur Bewirkung einer Presskraft einen Hohlraum (98) aufweist, der von einem Kühlfluid durchströmbar ist, um den Pressstempel zu kühlen. mvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen mit der Befestigungsplatte und/oder dem Pressstempel gekoppelten Elektromotor (86), der die Presskraft erzeugt. ren zum Umformen eines Glasrohlings (36), umfassend die Schritte:
T emperieren einer den Glasrohling (36) haltenden T ransfereinheit (28) mit einer Temperiereinheit (18) innerhalb einer Temperierzeitspanne auf eine vordefinierte Temperatur, wobei der Glasrohling (36) mit der Transfereinheit (28) von einer ersten Station zu einer zweiten Station bewegbar ist, und Einstellen der Temperiereinheit (18) mit einem Temperierprozessparameter, der innerhalb der Temperierzeitspanne derart verändert wird, dass die Transfereinheit (28) mit einem vordefinierten Temperaturverlauf temperierbar ist.
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