WO2018011148A1 - Verfahren und vorrichtung zum formen eines gläsernen werkstücks mit minimalschmierung - Google Patents

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WO2018011148A1
WO2018011148A1 PCT/EP2017/067288 EP2017067288W WO2018011148A1 WO 2018011148 A1 WO2018011148 A1 WO 2018011148A1 EP 2017067288 W EP2017067288 W EP 2017067288W WO 2018011148 A1 WO2018011148 A1 WO 2018011148A1
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mold
oil
mandrel
workpiece
molding
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PCT/EP2017/067288
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English (en)
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Alexander GLACKI
Robert Kruse
Doris Moseler
Michael Waschbüsch
Jörg WITTE
Robert Frost
Original Assignee
Schott Ag
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Publication date
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Priority to US16/246,324 priority patent/US11634352B2/en

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B40/00—Preventing adhesion between glass and glass or between glass and the means used to shape it, hold it or support it
    • C03B40/02—Preventing adhesion between glass and glass or between glass and the means used to shape it, hold it or support it by lubrication; Use of materials as release or lubricating compositions
    • C03B40/027—Apparatus for applying lubricants to glass shaping moulds or tools
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/04—Re-forming tubes or rods
    • C03B23/09—Reshaping the ends, e.g. as grooves, threads or mouths
    • C03B23/092—Reshaping the ends, e.g. as grooves, threads or mouths by pressing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/04—Re-forming tubes or rods
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00—Press-moulding glass
    • C03B2215/02—Press-mould materials
    • C03B2215/05—Press-mould die materials
    • C03B2215/06—Metals or alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00—Press-moulding glass
    • C03B2215/50—Structural details of the press-mould assembly

Definitions

  • This invention relates to a method and apparatus for forming glassware in a hot process. More particularly, the invention relates to a method and apparatus for a corresponding forming or forming process which enable the use of
  • Shaping temperature of the glass is heated and with one or more shaping steps with suitable
  • Forming tools are brought into the desired shape.
  • the internal geometry is usually formed with spikes that are inserted into the pipe end.
  • the mandrel in this case has a lower during the molding process
  • the mandrel is fixed and the workpiece rotates during the shaping process.
  • the shape and dimensions of the mandrel define the
  • Shape glass tube In this case, the glass tube and / or the outer mold rotates.
  • the deformation takes place on a so-called rotary.
  • the transformation can be done in several steps, i. take place at several stations of the Rundurgirs.
  • the glass workpiece is cooled by the molds.
  • the temperature control is designed so that after the last shaping step, the glass reaches a temperature at which the workpiece is dimensionally stable.
  • DE 101 57 258 B4 describes a device for hot forming glass, in which the mandrel is separated as an inner mold by a gas film from the glass surface.
  • the thorn consists of a
  • Gas supply gas is passed into the mandrel and exits at its surface, wherein a gas film is formed, which separates the surface of the mandrel from the glass.
  • the mandrel In the device described in DE 101 57 258 B4, however, the mandrel must necessarily consist of a porous,
  • DE 642907 A describes a method for the production of glass tubes with a precise inner shape and indicates that a mandrel used for shaping is enveloped by a release agent, which is preferably done by a permanent, from above, successive inflow of the release agent.
  • molten material for example glass
  • a mold which is coated with a liquid.
  • a Coating, in particular of internal molds can not be found in these documents.
  • a lubricant which also as
  • Release agent is called, for example, an oil or a paste used.
  • the lubricant in the intermediate cycles of the molding process in which the
  • Tools have no glass contact, applied to the molds, for example by spraying,
  • the amount of oil used is significantly more than 0.1 g per tool and cycle. While these amounts of oil will ensure that the glass and mold do not adhere to each other, the residue of the lubricant can seriously contaminate the product and equipment being made. Furthermore, due to the high temperatures during the forming process
  • Glass workpiece has the following components:
  • a forming station with at least one mold for forming the workpiece, wherein
  • the mold has a heat dissipation
  • the temperature is maintained on the contact surface of the mold during the molding process below 300 ° C.
  • at least one spray nozzle for applying an oil as a lubricant on the surface of the mold, in particular on a mold or contact surface of the mold, wherein the output per step and order amount of oil less than 0.1 g is adjustable.
  • the forming station has at least one inner and one outer mold for forming the inner and outer circumferential surfaces of the workpiece.
  • the inner mold has a heat dissipation, so that the temperature of the inner mold during the molding of the workpiece is less than 300 ° C.
  • the inner mold, or mandrel dissipate heat, for example, from molding or contact surfaces to another body, such as a receptacle and / or to a cooling medium, preferably forward to a cooling liquid.
  • the oil in intermediate clocks of the molding process on the surface, in particular the contact surface of the mold can be applied.
  • the spray nozzle of the device is designed such that a directionally stable oil-air jet is formed.
  • Range of -85 ° to 85 ° has been found to be particularly advantageous.
  • FIGS. 2a and 6 each show a flattened region 56, 57, on which the otherwise in
  • Substantially cylindrical contact surface 18 merges into a respective planar portion. Relative to the plane of this flattened area 56, 57 is the vertical angle ⁇ of the spray nozzle 2, 2a, 2b to the surface of the inner
  • Form tool 1 defines. As can be seen in particular from FIG. 6, this vertical angle ⁇ extends in a plane perpendicular to the Y-direction and thereby detects a rotation around the Y-direction as the axis of rotation, which is positively counted as it moves in the direction of that shown in FIG the Y-axis arrow runs.
  • the shaping of the workpiece into the specific shape or into the specific dimensions of the desired product can be an immediate result of the molding process.
  • a shaping of the workpiece into the product shape can also be achieved by a plurality of different molding processes or molding steps, each of which comprises at least partial shaping of the workpiece.
  • - vials or containers with the described here Devices and methods and the neck and vial mouth geometry are formed.
  • the device is in particular for molding a
  • the inner and outer lateral surfaces in particular in their effective diameter, that is, the effective in the shaping and shaping diameter significantly determined by the geometry of the tube.
  • the inner mold is formed as a mandrel.
  • a corresponding device is particularly suitable for the production of glass containers such as pharmaceutical primary packaging, such as vials, cartridges or syringes, by forming glass tubes.
  • 16 to 45 mm and its wall thickness can be 1 to 1.2 mm prior to molding and preferably mandrel diameter is used between about 5 to 20 mm, wherein the mandrel diameter here is the diameter of the substantially cylindrical contact surface the mandrel which comes in contact with the glass of the workpiece during the molding.
  • this diameter can be
  • the spray nozzle is a coaxial
  • the homogeneity of the application can be increased if the device has several spray nozzles per internal
  • Forming tool thus per mandrel, preferably has two spray nozzles per mandrel.
  • the spray nozzle or the spray nozzles can be firmly connected to the forming station.
  • the spray nozzle or the spray nozzles are not stationary connected to the forming station and can be guided in the intermediate clocks of the molding process to the mandrel or in its vicinity.
  • a lubricant can in the inventive
  • oils with a viscosity ⁇ 600 mm 2 / s and a flash point and / or pyrolysis> 200 ° C, preferably> 250 ° C are used.
  • the same oils as in the known standard processes can be used here.
  • the amount of lubricant or oil used to less than 0.1 g of oil per
  • the device is thus a minimal lubrication system, with minimum lubrication in the sense of the invention being an application of less than 0.1 g of lubricant per molding step and order is understood.
  • the application per molding step and cycle can be reduced to less than 0.01 g or even less than 0.001 g. Due to the small amount of applied lubricant, the contamination of the product, the molds and the
  • the mold is in this case designed such that by heat dissipation, the temperature at the surface of the mold, in particular at the contact surface is at most 300 ° C.
  • the contact surface of the mold the part of the
  • Thermocouple inside the mold i. below the surface, in particular the contact surface
  • the distance between the surface and the thermocouple is between 0.5 mm and 1 mm in the measurement, which in particular allows very exact temperature measurements. It is preferably ensured by the heat dissipation that the temperature at the surface of the mold
  • Flash point or the pyrolysis temperature of the lubricant used is. As particularly advantageous in terms of low contamination of product and
  • the quantity of oil delivered per molding step and application can be ⁇ 0.01 g and preferably ⁇ 0.005 g and particularly preferably ⁇ 0.001 g.
  • the duration of the spraying process in particular a spray for spraying the oil ⁇ 0.5 s, preferably ⁇ 0.3 s, more preferably 0.1 to 0.2 s.
  • Mold in particular the mandrel in several parts, designed at least in two parts and its effective outer diameter, thus the effective in the molding outer diameter of the contact surfaces, by means of relative
  • Mold in particular the mandrel, adjustable.
  • the inner mold entirely or at least partially made of a material having high thermal conductivity.
  • a material with a high thermal conductivity is preferred.
  • the inner mold, in particular the mandrel have a core, which is a material with a
  • the inner mold is formed of
  • the mandrel may be held in a receptacle such that heat can be withdrawn and / or supplied thereto, in particular by means of a heat exchange surface of the inner mold, in particular mandrel, which is in direct mechanical contact with an associated one
  • Heat exchange surface of the recording is. In this case, so much heat can be dissipated from the inner mold, in particular the mandrel, through the heat conduction, so that it can safely carry the heat described here
  • the heat dissipation of the mold can be done actively.
  • a cooling medium for example a Coolant
  • Cooling liquids such as water or oils have proven to be particularly suitable here. Cooling can also be done by air or the use of aerosols.
  • the temperature of the cooling medium and / or the flow rate can be adjusted.
  • a cooling medium is preferred
  • the temperature on the surface, in particular the contact surface of the mold during the molding process to temperatures ⁇ 250 ° C or even ⁇ 230 ° C, in particular be lowered to this temperature or be adjustable to these temperatures. It is even possible to lower the temperature to temperatures below 200 ° C. As a result, a large number of different lubricants can be used.
  • the contaminations on the mold are caused by pyrolysis products
  • the temperature on the surface of the mold, in particular at the respective contact surface also be adjusted during the forming process so that the surface temperature of the mold below the flash point and / or the pyrolysis of
  • Mold is that always fresh "clean" oil is used for lubrication and is not reused in the cycle, thus avoiding
  • the duration of the annealing process following the production process can be shortened.
  • the glass products are heated after forming in a flash oven at temperatures in the range of for example 560 to 570 ° C.
  • the temperatures in the flash oven are thus usually above the
  • Duration of the annealing process can be shortened.
  • the amount of lubricant used in the forming process can be significantly reduced.
  • the application of the lubricant is carried out with at least one spray nozzle per mold.
  • the order is preferably carried out in the intermediate clocks, under one
  • the spray nozzle is designed such that when a spray
  • directionally stable oil-gas jet is formed. Under a directionally stable oil gas jet here is also a directionally stable oil gas jet.
  • Aerosol understood in a defined spray cone. This allows a precise positioning as well as a
  • Spray nozzle an uncontrolled spread of an oil gas Aerosols prevented.
  • compressed air is used as the gas for producing the oil gas jet.
  • a directionally stable oil air jet is achieved.
  • other nozzle systems for example nozzles with a ring nozzle arrangement, can also be used.
  • Oil particles can be achieved.
  • the spray nozzle is arranged in the device such that between the nozzle and the surfaces to be wetted of the mold a vertical angle ⁇ in the range of 0-60 ° and a horizontal angle Oi in the range of -85 ° is formed to -85 °.
  • Spray nozzle and the surface to be wetted not only the contact surface, i. the surface area which comes into contact with the glass during the forming process wets, but also adjacent areas of the tools
  • the vertical angle between the nozzle and inner mold is 0 ° and the horizontal angle 45 °.
  • Spraying to the surface of the inner mold is preferably in the range of 1 to 50 mm. A distance in the range of 10 to 30 mm has been found to be particularly advantageous.
  • the spray nozzle can be permanently installed in the device, ie the distance from the spray nozzle to the surface of the spray nozzle
  • the spray nozzle can be integrated in the forming station or an external mold. An attachment below an outer mold is possible.
  • the spray nozzle can not be connected stationarily with forming station or another mold or the other molds, but are guided via a movable device in the intermediate clocks to be sprayed surfaces of the mold.
  • an intermediate clock here is the time
  • the spray nozzle has a variably adjustable
  • Spray time which can be adapted to the machine cycle, for example. Over the spraying time will be the amount of
  • the duration of the spray is
  • Spray on the oil ⁇ 0.5 s, preferably ⁇ 0.3 s or ⁇ 0.2 s.
  • the respective duration depends on the
  • the duration of the spray is at least 0.1 s in order to ensure a uniform opening of the valves.
  • the duration of the spray or the spraying process is between 0.1 and 0.5 s, preferably between 0.1 and 0.2 s.
  • Coaxial spray nozzles have proven to be special
  • the distribution of the oil film on the surface of the mold can be controlled, for example, over the spraying time of the shell air.
  • Opening angle of the oil film are increased by the shell air.
  • the lubrication of the rollers also takes place with a corresponding one
  • the device has at least two spray nozzles per mold.
  • the oil distribution is further improved and must each of the two spray nozzles only half of the one for a
  • Lubrication can be eliminated.
  • the amount of oil delivered per molding step and application can be reduced to less than 0.01 g, less than 0.005 g, or even less than 0.001 g. This corresponds to one
  • Mold surface in particular the contact surface and preferably also a portion of a frusto-conical portion of the inner mold, thus the mandrel, each having a full surface with a comprehensive oil
  • the invention relates to a method for
  • the method comprises at least heating of the workpiece until softening and shaping of the outer and inner circumferential surfaces of the workpiece at least one mold in at least one
  • the workpiece is characterized by an inner and an outer
  • the workpiece is preferably designed as a tube, in particular as a tube with a round or ellipsoidal cross section.
  • the workpiece is first heated to a temperature around the molding temperature and molded by contact with the mold.
  • an inner mold is introduced into the workpiece for forming and an outer mold is applied to the workpiece, so that the workpiece is formed.
  • the inner mold is in this case preferably designed as a mandrel.
  • the surface temperature of the molding tool is also during the molding or forming process, i. also when in contact with the heated workpiece, maximum 300 ° C.
  • the glass can come into contact or come into contact during the molding.
  • no direct mechanical contact is understood as being in contact, but it is taken into account that in each case a film of the sprayed-on material is formed between the contact surface and the material to be molded, in particular the glass Oil and at least one molecule monolayer of the sprayed oil is.
  • the heat dissipation is passive. At this point
  • Embodiment consists of the mold, in particular the inner mold, wholly or at least partially of a material with high thermal conductivity, for example of copper. Alternatively or additionally, an active heat dissipation can take place. This can be the
  • Formwork train such as a mandrel, in some areas with a cooling medium, for example a cooling liquid, in particular be flushed during the forming step.
  • a cooling medium for example a cooling liquid
  • the temperature on the contact surface of the mold during the molding process ⁇ 250 ° C, preferably ⁇ 200 ° C.
  • the surface, at least the molding or contact surface of the mold or mandrel is preferably completely covered with an oil as a lubricant.
  • an oil as a lubricant.
  • a complete surface covering is covered with at least one molecule monolayer of oil, which is also known as molecular
  • Monolayer is understood on the contact surface of the mold, thus the contact surface of the mandrel.
  • the temperature of the mold in particular, the temperature of the
  • the oil is applied to the mandrel surface with at least one spray nozzle prior to the molding step or between two molding processes.
  • Spray nozzle preferably designed such that a
  • the oil gas jet in this case preferably has one
  • the spray nozzle is in this case arranged to form a vertical angle ⁇ to the surface of the mold, for example to the mandrel surface, in the range of 0-60 ° and a horizontal angle Oi to the surface of the mold in the range of 0-85 ° is formed.
  • the spray times of the spray nozzle or the spray nozzles are less than 0.5 s, preferably less than 0.3 s and
  • the amount of oil delivered per machine cycle and forming step is preferably ⁇ 0.01 g or even ⁇ 0.001 g.
  • the method according to the invention for minimal lubrication is particularly suitable for processes involving hot forming of glass by molding tools in which, in addition to the friction or adhesion of the glass to the molds, contamination of the products and the production environment should also be minimized.
  • inventive method and the inventive method are particularly suitable for processes involving hot forming of glass by molding tools in which, in addition to the friction or adhesion of the glass to the molds, contamination of the products and the production environment should also be minimized.
  • Device for the production of pharmaceutical packaging such as vials, cartridges or syringes from glass tubes.
  • Mold is held with the workpiece during molding at not more than 300 ° C and
  • At least the contact surface of the mold is covered with an oil as a lubricant, wherein
  • Spray nozzle on the surface of the mold is sprayed and wherein less than 0.1 g of oil are delivered per molding step.
  • the inner and outer circumferential surfaces of the workpiece are formed or formed by at least one inner and one outer mold, wherein preferably the inner mold as a mandrel
  • the method is ejected through the spray nozzle oil and gas, in particular air, so that a
  • Directionally stable oil gas jet preferably one
  • directionally stable oil gas jet is formed with an opening angle> 1 °.
  • the spray nozzle is arranged so that a vertical angle ⁇ to the mandrel surface in the range of 0 to 60 ° and a
  • horizontal angle Oi to the mandrel surface is in the range of -85 ° to 85 °.
  • the amount of oil delivered per molding step and application, in particular the spray is preferably ⁇ 0.005 g and particularly preferably ⁇ 0.001 g.
  • the duration of a spray in the process for spraying or spraying the oil is ⁇ 0.5 s, preferably ⁇ 0.3 s and particularly preferably 0.1 to 0.2 s. In the particularly preferred embodiments of the
  • Method is the temperature of the mold or
  • Mold during the molding process or molding is less than the evaporation temperature and / or as the flash point of the oil used, preferably at least 10 ° C lower than the evaporation temperature and / or as the flash point of the oil used.
  • the inner mold during the molding process by heat conduction through
  • the inner mold in particular the mandrel during the molding process with a cooling medium, preferably one
  • Coolant be flushed through.
  • the areas of the respective mold surface which come into contact with the glass of the workpiece during the molding process in particular the
  • the covering layer thickness of the covering layer may be any suitable covering layer thickness.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of the positioning of a spray nozzle relative to a mandrel as an internal mold seen from the side
  • Figure 2a is a schematic side view of a
  • FIG. 2b shows a plan view of that shown in FIG. 2a
  • Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a
  • Forming tool which as a thorn with a
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of an actively cooled mandrel, in which the sectional plane runs in the sectional plane AA shown in FIG.
  • Figure 5 is a schematic cross-sectional view, a
  • Spray nozzle in which the cutting plane passes through the longitudinal and symmetrical axis of the spray nozzle and in which the spray pattern of this coaxial spray nozzle can be seen,
  • Figure 6 is a perspective view of a
  • Forming tool is held by means of a latching device on an associated receptacle of the forming station in its operative position and passively cooled
  • Figure 7 is a view of the receptacle of the inner
  • Figure 8 is a plan view of a further embodiment of an inner mold, in particular mandrel, in which the inner mold by means of a latching device to an associated receptacle of the forming station seen in the form of tool or mandrel seen from below in which cooling channels are recognizable in his operational
  • Figure 9 is a view of the receptacle of the inner mold or mandrel of the other
  • FIG. 10 shows a plan view of a detail, in particular the upper region of the further embodiment of the inner molding tool, in particular of the mandrel, shown in FIG. 8, in an enlarged representation.
  • Shapes describes the process forming the workpiece 6, which is performed during the molding process.
  • the molding can be one or more Forming comprise steps, each causing an at least partial shaping of the existing glass workpiece. As far as this molding process up to his
  • Fig. 1 is schematically the positioning of a
  • Spray nozzle 2 shown relative to the mandrel 1 as an inner mold.
  • the mandrel 1 has a substantially
  • the contact surface 18 of the mandrel 1 may have a length of 5 to 20 mm in the Y direction and a diameter D of 5 to 20 mm in its cylindrical region. For certain embodiments of the value piece 6 to be formed, this diameter D can also be only about 1 mm or even smaller.
  • the 1 illustrated mandrel 1 is preferably made of a HSS steel, thus a high-speed steel.
  • the spray nozzle 2 can according to this embodiment, stationary in the im
  • the forming station 100 is provided with its respective sensory and / or actuator assemblies with a connected programmable controller 30, which is also referred to as PLC / PLC and in which tables and corresponding programs for flow control, in particular the described method steps are stored.
  • PLC / PLC programmable controller
  • the spray nozzle 2 has during spraying a distance 4 to the surface, in particular to the contact surface 18 of the mandrel 1, wherein the distance 4 from the opening 23 at the head of the spray nozzle 2 during spraying to the contact surface 18 in the lateral direction thus in the direction opposite to the x designated arrow is measured and also referred to as a lateral distance. Be particularly advantageous lateral spacings between the opening of the
  • Spray nozzle 2 and the contact surface 18 in the range of 1 to 50 mm, especially in the range of 10 to 30 mm
  • the height of the respective nozzle 2, 2a, 2b can be chosen so that the opening 23 of the respective nozzle 2, 2a, 2b is slightly above or in the region of the respective contact surface 18 of the mandrel 1, so that a full-surface order of Oil is ensured at least on the respective contact surface 18 and the regions 47.
  • the respective nozzle 2, 2a, 2b can also be arranged, viewed in the x-direction, below the respective contact surface 18, in particular if negative angles ⁇ are used.
  • the angle ⁇ describes the angle of the spray nozzle direction horizontally to the mandrel surface thus relative to the axis designated by x and shown by an arrow x.
  • the spray nozzle direction can be seen more simply from the more detailed illustration of FIG. 5 and corresponds to the direction of the arrows shown in FIG. 5 and thus in FIG
  • the angle ⁇ is 0 to 85 °, preferably 30 to 50 °, particularly preferably 45 °.
  • Mold 1 arranged nozzle 2, 2a, 2b and a
  • negative angle ⁇ can be set, which may be up to -85 °, for example.
  • the spray jet 3 is set in each case, in particular
  • each spray and preferably post-blast air, to have full surface wetting or coverage of at least the respective mold surfaces, particularly contact surfaces 18 and preferably of the frusto-conical region 47 described in more detail below Section 46 of the inner mold or mandrel 1 comes with the applied oil.
  • FIGS. 2a and 2b An embodiment of the forming station is shown schematically in FIGS. 2a and 2b.
  • Fig. 2a shows a side view of the device.
  • the device comprises, in addition to the mandrel 1 as an inner mold, the two outer molds 5a and 5b, which are designed as forming rollers.
  • the shaping roller 5a, 5b in each case, is preferably a cylindrically symmetrical disc which, in the region of its lateral surface, has the shaping surface 21, which is designed for the glass contact.
  • the contour of the shaping surface typically corresponds to a portion of the contour of the glass to be produced
  • the forming roller 5a, 5b is typically each at least in the region of the shaping surface of a highly heat-resistant material such as steel and may consist in sections of aluminum and is each about their respective axis of symmetry, thus the
  • Cylindrically symmetric axis rotatably held. In the embodiment shown, two are each
  • Spray nozzles 2a and 2b fixedly attached to the roller holders 22 of the outer molds 5a, 5b. With the spray nozzles 2a and 2b, the surface, in particular the
  • Heating can be one with a fossil fuel
  • a preferred glass comprising the workpiece 6 or comprising the workpiece 6, without limitation of the method suitable for many, even most hot moldable glasses, or the apparatus suitable for many, even most, thermoformable glasses, a borosilicate glass, in particular a type 1 borosilicate glass according to USP and EP.
  • the workpiece 6 is formed as a glass tube.
  • Shaping or forming the mandrel 1 is introduced into the workpiece 6 in the direction shown by the arrow 7, so that the contours of the mandrel 1 are transmitted to the inner circumferential surfaces 25 of the workpiece 6.
  • the workpiece 6 and the contours of the outer rotates
  • Molds 5a and 5b are on the outer
  • the mandrel 1 is held as an inner mold in or on the receptacle 26 in each case such that this heat heat-extractable and / or in some embodiments for
  • spikes 1 which do not have internal cooling channels and are thus referred to as passively cooled, this can each be done by means of a heat exchange surface 27 of the mandrel 1, which is in direct mechanical contact with an associated heat exchange surface 28 of the receptacle 26.
  • heat exchange surfaces 27, 28 is the mandrel 1, in particular controlled by the PLC / SPS and in particular by adjusting the temperature of the heat exchange surface 28 heat so depriveable and / or fed that thereby its temperature is defined adjustable.
  • Fig. 2b shows the device described above in a plan view, i. from above.
  • the spray nozzles 2a and 2b are shown here by dashed lines, since the spray nozzles 2a and 2b are below the molds 5a and 5b.
  • the nozzles 2, 2a, 2b were, as can be seen by way of example from FIG. 2a, in each case only in FIG.
  • both the supply of air, in particular compressed air, as well as oil by the programmable logic controller 30 could be made controlled in a timely manner. Only for the sake of simplicity of understanding is not every one of them
  • Lines are each assigned a valve under the control of the programmable logic controller 30, but not for the sake of clarity explicitly, but symbolically represented by the valves 53 and 54.
  • the supply of the air channels IIa, IIb, 13a, 13b could take place in the nozzle 2 shown in Figure 5 and the nozzles 2a, 2b with a pressure of 1 to 6 bar and exceeded a Air volume of 100 1 / min not. In preferred embodiments, even air volumes of less than 10 1 / min could be used. In preferred
  • the effective diameter of the nozzle for the exit of air was between 0.5 mm to 3 mm.
  • the effective diameter is understood here to be the effective hydraulic outlet for the discharge of the air, which in its effect overall the
  • each oil was adjusted so that during a job or spray, the respective desired amount of oil could reliably escape.
  • the programmable logic controller controlled arrangement could each at least one
  • Spray nozzle 2, 2a, 2b or even more of these spray nozzles for applying the oil as a lubricant to the surface of the mold 1 are controlled adjustable, wherein the per step and order, thus delivered per spray amount of oil less than 0.1 g are made adjustable.
  • the spray nozzles 2, 2a, 2b are also simply referred to as nozzles in the context of this disclosure.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a mandrel 1 as an inner mold having an inner core 6a made of copper.
  • the copper core 6a allows this one
  • the core 6a may also be made of other high-grade materials
  • Thermal conductivity such as copper alloys, silver or silver-containing alloys exist. This kind The cooling by means of heat conduction in the solid body of the mandrel 1 is generally referred to as passive cooling in the context of this disclosure.
  • the surrounding the copper core 6a further part 29 of the mandrel 1 is also made of a HSS steel.
  • the layer thickness Ds of this further part 29 is in the behind the
  • Figure 3 less than 1 mm, in preferred embodiments less than 0.5 mm and preferably more than 0, 2 mm.
  • the cooling circuit remains closed at all times and a coolant outlet is prevented.
  • the indirect or passive cooling is designed so that minimal amounts of oil do not evaporate on the molds and thus adequate lubrication for mold separation of the hot glass is guaranteed by the molds.
  • the deposits on the molds are reduced, which increases the tool life from 2h to 8h and reduces production interruptions. This also results in less start-up losses.
  • the reduction of deposits also leads to a lower dispersion of the dimensional deviations or product contamination.
  • the molds can be cleaned by means of a
  • the heat is dissipated by e.g. a copper core 6a or another good heat-conducting material in the interior of the mandrel 1 dissipated.
  • the inner mold in particular the mandrel 1 preferably has a core 6a, which comprises a material with a thermal conductivity of at least 400 W / mK and / or copper.
  • the mold 1 is in preferred embodiments, which are described in more detail below, easily separable from its receptacle 26, which also acts as a heat sink. Indirect cooling thus enables easy removal and replacement of the respective
  • Cooling connections are attached directly to it.
  • FIG. 4 an alternative embodiment of the mandrel 1 is shown schematically.
  • the mandrel 1 shown in FIG. 4 has an active cooling.
  • the mandrel 1 contains a cooling channel 9a inside, through which a cooling medium, for example a cooling liquid, flows.
  • a cooling medium for example a cooling liquid
  • a cooling medium for example, water, air, an aerosol or an oil can be used. Due to the active cooling can from the hot glass of the workpiece. 6 dissipated heat dissipated particularly effective and thus mandrel temperatures less than 250 ° C or even less than 200 ° C can be obtained.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the spray pattern of a coaxial spray nozzle 10, as according to a
  • Embodiment is used in the device according to the invention.
  • Coaxial spray nozzles have been found to be particularly advantageous because of the
  • the spray pattern can be significantly influenced.
  • the coaxial nozzle 10 shown in FIG. 5 has four air channels IIa, IIb and 13a and 13b in addition to an oil feed line 12. When spraying thus not only oil particles 16 from the oil supply line 12, but at the same time also spray air from the air channels IIa, IIb, 13a and 13b delivered. The direction of movement during the spraying process is symbolized by the arrows. The emitted from the air channels IIa and IIb spray air forms with the from
  • Mantelsprüh Kunststoff forms the spray air jets 15a and 15b, which give the output from the nozzle center oil-air jet 14 its directional stability and thus allow a precise oil-air jet.
  • the oil-air jet or spray jet 3, 3a, 3b emitted in the event of a spray has here an opening angle ⁇ > 1 °.
  • Particularly advantageous in view of the local distribution of the oil on the mandrel has an opening angle ß in the range of 3 exposed to 6 °, see, for example, the
  • the oil gas jet 14 thus has finely distributed
  • Mantelsprüh Kunststoff 15a and 15b prevents the spread of the aerosol in space and allows the formation of a stable oil-air jet 14 and spray jet 3, 3a, 3b. Thus, even with small amounts of oil a precise, uniform and complete wetting of the
  • Mold for example, a mandrel surface, in particular the contact surface 18 with oil.
  • Form step supplied amount of oil compared to the prior art by more than two orders of magnitude.
  • the distribution of the oil on the mold 1 can be further improved if it is nachgeblasen after the delivery of the defined amount of oil with pure spray air.
  • a preferred embodiment therefore provides that the
  • vials having a volume of 15 ml were continuously made on a rotary mill. At the plant were several
  • Forming tools which inter alia for the production of a vial-inner groove, which in the course of this
  • the oil used for the minimum lubrication had a viscosity at 40 ° C of 200-240 mm / s and a
  • the spray nozzles 2, 2a, 2b with a correction factor which takes into account the room and / or nozzle temperature, to a fixed flow rate
  • thermocouple 17 By measuring the temperature near the nozzles, for example by means of the thermocouple 17, a correction at elevated temperature for the spray nozzles can also be calculated during operation and implemented in the associated programmable logic controller, PLC / PLC. In this case, there is a temperature-dependent adaptation of the spraying time, which ensures that in each case only the indicated amounts of oil be sprayed onto the inner mold 1, in particular on the form ⁇ or contact surfaces 18 and preferably the area 47.
  • the process can be applied to various lubricants and is not limited to a specific oil.
  • Type 3 0.83 200-240 20-30 260
  • Panolin HVP The oil available under the trade name Panolin HVP was used as Type 1, Panolin Orcon Vitra as Type 2 and GTI as Type 3.
  • an oil or lubricant cover layer thickness has at least the surfaces with
  • Embodiments about 0.1 g panolin HVP.
  • the inner mold, in particular the mandrel 1 has a contact surface 18 with a size of about typically 0.1 cm 2 to 5 cm 2
  • This coating thickness was exemplified by about 1 mg of oil per spray for the mandrels 1 described herein.
  • the preferred cover layer thickness included all the molds used, particularly the inner one
  • the mandrel 1 in further preferred embodiments also layer thicknesses with only one, or preferably only up to 10 monolayers of the molecules of
  • Cover layer thickness layer thicknesses of up to ⁇ 750 ym, preferably up to ⁇ 75 ym on.
  • this covering layer 45 which in each case extends over the entire surface over the respective mold surface, in particular contact surface 18, can also be seen from FIG. 4 and provides a closed surface layer on the respective mold or contact surface 18.
  • This covering layer 45 has the above-described covering layer thickness Db, which in one preferred embodiment is within the limits described above of one, preferably up to ten, molecular ones
  • the inventors found in a highly surprising manner that in this case also the respective size of the mold surface, in particular the contact surface 18 and the oil-covered region 47 of the frusto-conical portion 46 of the inner mold or mandrel 1 only played a very minor role.
  • At least one further region of the inner molding tool, in particular of the mandrel 1 could be provided in the same way with this covering layer 45, which had the covering layer thickness Db described above, namely in each case the region 47 Also, as a molding or contact surface, it at least partially extended from the respective contact surface 18 to the tip of the frusto-conical portion 46 of the mandrel 1, but did not necessarily reach the tip of the mandrel 1 in all cases.
  • This area 47 of the frusto-conical portion 46 was then adequately coated with oil, when all of its areas in contact with the glass of the workpiece 6 to be formed still had the areas described above
  • these regions 47 could also be adapted to the workpiece to be formed in such a way that the workpiece 6 only came into contact with the oil-covered regions of the mandrel 1.
  • the regions of the respective mold surface which come into contact with the glass of the workpiece 6 during molding are formed in general, in the preferred embodiments, the regions of the respective mold surface which come into contact with the glass of the workpiece 6 during molding,
  • Cover layer 45 provided. This cover layer in each case had the above-described
  • PLC / PLC comparison tables are stored, in which for each temperature and preferably to the particular oil used, times and / or time intervals are stored, by means of which the respective sprayed quantities of oil are detected, which lead to the above-described coverage layer thicknesses. Based on these tables are used for current and
  • Forming tool in particular mandrel 1 shows, in which the inner mold 1 is held by means of a locking device, in particular by means of a quick-release pin 31 on the associated receptacle 26 of the forming station 100 in its operative position and passively cooled.
  • the receptacle 26 with the cooling channel 34 can be flushed through or flowed through by a cooling medium, preferably a cooling liquid and there is the arrow 35 the
  • the cooling channel 34 is in FIG. 7 shown only schematically, since this in the
  • FIGS. 8 to 10 show a further embodiment in which the inner mold, in particular the mandrel 1, is designed in several parts, at least in two parts, and its effective outer diameter by means of relative movement of at least two halves 37, 38 of the inner mold, in particular of the mandrel 1 , is adjustable.
  • FIG. 8 shows a plan view of the others
  • Embodiment of the inner mold in particular
  • Mandrel 1 in which the inner mold is held by means of a locking device, in particular by means of the quick-release pin 31 on the associated receptacle 26 of the forming station 100 in its ready-to-use position and passively cooled.
  • the two halves 37, 38 of the mandrel 1 are respectively held on associated arms 39, 40, which are each laterally pivotable about an associated pivot bearing 41, 42, that thereby the distance between the two
  • Halves 37, 38 of the mandrel 1 relative to each other is adjustable.
  • the arms 39 and 40 of the effective outer diameter of the mandrel 1 can be adjusted, that is, it can be the distance, in particular the radial distance of the contact surfaces 18, respectively relative to their longitudinal axis relative to each other and thus their effective for shaping diameter can be adjusted.
  • a preferably provided with fine screw set screw 43 which is frontally provided on an arm 40 adjusting screw 44, which is also preferably provided with a fine thread when the arms 39, 40 are pivoted toward each other, is applied.
  • the adjusting screw 44 is arranged in the same way in the arm 40, as the adjusting screw 43 in the arm 39. With these screws 43, 44 effective in the molding effective outer diameter of the contact surfaces 18 can be very precise and
  • Form workpiece 6 can. If this groove 49 as
  • annular groove in the workpiece 6 are formed.
  • the two halves 37, 38 are moved towards each other and remain in this position until the mandrel 1 has been introduced with these two halves in the value piece 6 for its formation. Thereafter, the two halves 37, 38 are pivoted to form something away from each other, so that in this case the contour of the groove 49 or a
  • Forming process which also several forming steps with may include increasing spacing of the halves 37, 38, these halves 37, 38 again toward each other
  • Figure 9 shows a view of the receptacle 26 of the inner mold or mandrel 1 of the further embodiment seen from below in which a cooling channel 34 can be seen with the fluid ports 36 which extends in the receptacle 26, as it is already substantially below
  • Thermocouples 17 Optical monitoring of the vial dimension showed stable production within the product specifications. Nearly no smoke was visible during production, the pollution of surrounding plant areas was greatly reduced. The lubricated and below the flashpoint of the oil
  • Oil and air supply Supply device for the supply of oil and air

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Formen eines Werkstücks aus Glas, bei welcher eine Minimalschmierung eingesetzt wird. Hierzu weist die Vorrichtung zumindest eine Einrichtung zum Erwärmen des Werkstücks, eine Formstation mit zumindest einem Formwerkzeug zum Formen des Werkstücks sowie zumindest eine Sprühdüse zum Aufbringen eines Öls als Schmiermittel auf die Oberfläche des Formwerkzeugs auf. Das Formwerkzeug weist hierbei eine Wärmeableitung auf, so dass die Temperatur auf der Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs während des Formprozesses unterhalb von 300°C gehalten wird. Pro Formschritt und Auftrag ist die mittels Sprühdüse abgegebene Ölmenge kleiner als 0,1 g.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Formen eines
gläsernen Werkstücks mit Minimalschmierung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen von gläsernen Werkstücken in einem Heißprozess Im Speziellen betrifft die Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung für einen entsprechenden Formungs- oder Umformprozess , welche es ermöglichen, den Einsatz von
Schmiermitteln erheblich zu reduzieren.
Hintergrund der Erfindung Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei welchen Glasgegenstände durch einen Umformprozess aus einem Werkstück, auch als Halbzeug bezeichnet, hergestellt werden. So werden Glasfläschchen, beispielsweise für pharmazeutische Anwendungen aus einem Glasrohr hergestellt, in dem ein kurzes Rohrstück an einem Ende bis zur
Formgebungstemperatur des Glases erhitzt wird und mit einem oder mehreren Formgebungsschritten mit geeigneten
Formwerkzeugen in die gewünschte Form gebracht werden. Die Innengeometrie wird üblicherweise mit Dornen geformt, die in das Rohrende eingebracht werden. Der Dorn weist hierbei während des Formgebungsprozesses eine geringere
Oberflächenrotationsgeschwindigkeit auf als das Werkstück. Gemäß einer Variante ist der Dorn feststehend und das Werkstück rotiert während des Formgebungsprozesses. Die Form und Ausmaße des Dorns definieren hierbei die
Innengeometrie des Glasfläschchens . Die Umformung erfolgt durch äußere Formwerkzeuge, welche das Glasrohr gegen den Dorn drücken und gleichzeitig die äußere Seite des
Glasrohrs ausformen. Hierbei dreht sich das Glasrohr und/oder das äußere Formwerkzeug. Bevorzugt erfolgt die Umformung an einem sogenannten Rundläufer. Die Umformung kann hierbei in mehreren Schritten, d.h. an mehreren Stationen des Rundläufers erfolgen.
Während des Werkzeugkontakts wird das gläserne Werkstück durch die Formwerkzeuge gekühlt. Zwischen den
Formungsschritten muss das Werkstück daher gegebenenfalls wieder erwärmt werden. Die Temperaturführung wird so gestaltet, dass nach dem letzten Formgebungsschritt das Glas eine Temperatur erreicht, bei der das Werkstück formstabil ist.
Durch den Kontakt mit dem heißen Glas sind die
Formwerkzeuge, insbesondere der Dorn, hohen
Temperaturbelastungen ausgesetzt. Zudem muss ein direkter Kontakt der Formwerkzeuge mit dem heißen Glas vermieden werden, da dies zu einem Anhaften des Glases auf der Oberfläche der Formwerkzeuge führt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Dorn eine sehr hohe
Oberflächentemperatur aufweist. Aus dem Stand der Technik sind hierbei verschiedene Möglichkeiten zur Separation von Glas und Oberfläche der Formwerkzeuge bekannt. So beschreibt die DE 101 57 258 B4 eine Vorrichtung zum Heißumformen von Gläsern, bei der der Dorn als inneres Formwerkzeug durch einen Gasfilm von der Glasoberfläche getrennt wird. Hierzu besteht der Dorn aus einem
gasdurchlässigen Material. Über eine integrierte
Gaszuleitung wird Gas in den Dorn geleitet und tritt an dessen Oberfläche aus, wobei ein Gasfilm gebildet wird, der die Oberfläche des Dorns vom Glas trennt. In der in DE 101 57 258 B4 beschriebenen Vorrichtung muss der Dorn jedoch zwingend aus einem porösen,
gasdurchlässigen Material bestehen. Die hier beschriebene Lösung kann somit nicht auf Vorrichtungen mit
konventionellen Dornen, die zumeist aus einem Vollmaterial aufgebaut sind, angewendet werden.
DE 642907 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Glasrohren mit genauer Innengestalt und gibt an, dass ein zur Formung verwendeter Dorn von einem Trennmittel umhüllt wird, welches bevorzugt durch ein dauerhaftes, von oben her erfolgendes Zufließen des Trennmittels geschieht.
EP 0074200 AI und US 4578099 A offenbaren jeweils
Vorrichtungen, bei welchen eine Form zum Herstellen von beispielsweise aus Metall oder aus Glas bestehenden
Formkörpern verwendet wird. Beide Dokumente betreffen
Press-Blas-Maschinen oder ähnliche Systeme, welche
beispielsweise für die Herstellung von Hohlglaskörpern Verwendung finden können. Bei den in diesen Dokumenten beschriebenen Vorrichtungen wird zunächst eine bestimmte Menge geschmolzenes Material, beispielsweise Glas, einer Form zugeführt, die mit einer Flüssigkeit belegt wird. Eine Beschichtung, insbesondere von inneren Formwerkzeugen ist diesen Dokumenten nicht zu entnehmen.
Bei der vorstehend beschriebenen Heißumformung von Glas wird in der Regel ein Schmiermittel, welches auch als
Trennmittel bezeichnet wird, beispielsweise ein Öl oder eine Paste, verwendet. Hierbei wird das Schmiermittel in den Zwischentakten des Formprozesses, in denen die
Werkzeuge keinen Glaskontakt haben, auf die Formwerkzeuge aufgebracht, beispielsweise durch ein Besprühen,
Anspritzen, Aufspritzen oder Überspülen der Formwerkzeuge mit dem Schmiermittel. Hierbei wird das jeweilige Werkzeug vor jedem Glaskontakt erneut geschmiert. Um ein Anhaften oder eine Schädigung des Glases durch den direkten
Werkzeugkontakt zu verhindern sind bislang große Ölmengen notwendig. Die verwendete Ölmenge beträgt dabei deutlich mehr als 0,1 g pro Werkzeug und Takt. Diese Ölmengen gewährleisten zwar, dass Glas und Formwerkzeug nicht aneinander haften, die Rückstände des Schmiermittels können jedoch das hergestellte Produkt und die Produktionsanlage stark verschmutzen. Des Weiteren entstehen auf Grund der hohen Temperaturen während des Umformprozesses
Reaktionsprodukte der Schmiermittel. Diese können sich zudem in das formbare Glas einarbeiten bzw. mit dem Glas verbinden, was ebenfalls zu kosmetischen Fehlern führt. Darüber hinaus führen große Ölmengen nicht nur zu einer Kontamination des hergestellten Produktes, sondern auch zu einer Verschmutzung der Formwerkzeuge, der
Produktionsanlage sowie der Produktionsumgebung. So kann beispielsweise die Anlage durch die großen Ölmengen durch vom Werkzeug ablaufendes Öl verschmutzt werden. Aufgabe der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zum Formen eines Werkstücks aus Glas, insbesondere mit zumindest bereichsweise definierter Innen- und vorzugsweise auch definierter Außengeometrie bereit zu stellen, welche die vorstehend beschriebenen Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist oder mildert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Verfahrens zur Formung von Glas.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits jeweils durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Formen eines
Werkstücks aus Glas weist hierbei die folgenden Komponenten auf :
- eine Einrichtung zum Erwärmen des Werkstücks
- eine Formstation mit zumindest einem Formwerkzeug zum Formen des Werkstücks, wobei
- vorzugsweise das Formwerkzeug eine Wärmeableitung aufweist,
- wobei die Temperatur auf der Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs während des Formprozesses unterhalb von 300°C gehalten ist - und zumindest eine Sprühdüse zum Aufbringen eines Öls als Schmiermittel auf die Oberfläche des Formwerkzeugs, insbesondere auf eine Form- oder Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs, wobei die pro Formschritt und Auftrag abgegebene Ölmenge kleiner als 0,1 g einstellbar ist.
Bevorzugt weist die Formstation zumindest ein inneres und ein äußeres Formwerkzeug zum Formen der inneren und äußeren Mantelflächen des Werkstücks auf. Insbesondere weist das innere Formwerkzeug eine Wärmeableitung auf, so dass die Temperatur des inneren Formwerkzeugs während des Ausformens des Werkstücks weniger als 300°C beträgt.
Insbesondere vorteilhaft zum Ausformen von rohrförmigen Werkstücken hat sich ein inneres Formwerkzeug
herausgestellt, welches als Dorn ausgebildet ist.
Hierbei wird die Wärmeableitung als diejenige
Fähigkeit eines Körpers, insbesondere des inneren
Formwerkzeugs, oder Dorns verstanden, insbesondere
basierend auf der jeweiligen Wärmeleitfähigkeit des inneren Formwerkzeugs, oder Dorns, Wärme abzuleiten, beispielsweise von Form- oder Kontaktoberflächen zu einem weiteren Körper, wie einer Aufnahme und/oder an ein Kühlmedium, bevorzugt an eine Kühlflüssigkeit weiterzuleiten.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist mittels der Sprühdüse das Öl in Zwischentakten des Formprozesses auf die Oberfläche, insbesondere die Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs aufbringbar.
Bevorzugt ist die Sprühdüse der Vorrichtung derart ausgebildet, dass ein richtungsstabiler Öl-Luftstrahl gebildet wird. Eine Anordnung der Sprühdüse in der
Vorrichtung, bei der ein vertikaler Winkel γ der Sprühdüse zur Oberfläche des inneren Formwerkzeugs, insbesondere zur Dornoberfläche, im Bereich von 0-60° und ein horizontaler Winkel Oi zur Oberfläche des inneren Formwerkzeugs im
Bereich von -85° bis 85° liegt, hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Den Figuren 2a und 6 ist jeweils ein abgeflachter Bereich 56, 57 zu entnehmen, an welchen die ansonsten im
Wesentlichen zylindrische Kontaktfläche 18 in einen jeweils ebenen Abschnitt übergeht. Relativ zu der Ebene dieses abgeflachten Bereichs 56, 57 ist der vertikale Winkel γ der Sprühdüse 2, 2a, 2b zur Oberfläche des inneren
Formwerkzeugs 1 definiert. Dieser vertikale Winkel γ erstreckt sich, wie insbesondere Figur 6 zu entnehmen, in einer senkrecht zur Y-Richtung liegenden Ebene und erfasst dabei eine Verdrehung um die Y-Richtung als Drehachse, welche positiv gezählt wird, wenn diese in Richtung des in Figur 6 um die Y-Achse verlaufenden Pfeils verläuft.
Die Ausformung des Werkstücks in die spezifische Form bzw. in die spezifischen Abmessungen des gewünschten Produktes kann hierbei ein unmittelbares Ergebnis des Formprozesses sein. Eine Ausformung des Werkstückes in die Produktform kann jedoch auch durch mehrere, verschiedene Formprozesse oder Formungsschritte, welche jeweils eine zumindest teilweise Formung des Werkstücks umfassen, erreicht werden. Neben den inneren und äußeren Mantelflächen des Werkstücks kann beispielsweise bei der Herstellung von Glasflaschen, - fläschchen oder -behältern mit den hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren auch die Hals- und Fläschchenmündungsgeometrie ausgeformt werden.
Die Vorrichtung ist insbesondere zum Formen eines
rohrförmigen Werkstücks ausgebildet. Hier werden die inneren und äußeren Mantelflächen, insbesondere in deren effektivem Durchmesser, dies bedeutet, dem bei dem Formen wirksamen und formgebenden Durchmesser maßgeblich durch die Geometrie des Rohres bestimmt. In einer bevorzugten
Ausführungsform ist das innere Formwerkzeug als Dorn ausgebildet. Eine entsprechende Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Herstellung von Glasbehältern wie Pharma- Primärverpackungen, beispielsweise von Fläschchen, Karpulen oder Spritzen, durch Umformen von Glasrohren. Der
Außendurchmesser, somit der äußere Umfang des jeweils zu formenden Rohrs oder rohrförmigen Abschnitts des zu
formenden Werkstücks kann bei Fläschchen ca. 16 bis 45 mm und dessen Wandstärke kann 1 bis 1,2 mm vor der Formung betragen und es werden bevorzugt Dorndurchmesser zwischen ca. 5 bis 20 mm verwendet, wobei als Dorndurchmesser hierbei der Durchmesser der im Wesentlichen zylindrischen Kontaktoberfläche des Dorns bezeichnet ist, welche bei der Formung in Kontakt mit dem Glas des Werkstücks tritt.
Je nach Produkt kann dieser Durchmesser der
Kontaktoberfläche jedoch stark variieren und beispielsweise bei Karpulen und Spitzen deutlich kleinere Durchmesser sogar bis ca. nur 1 mm aufweisen. Vorteilhaft beträgt der Abstand von der Sprühdüse zur
Oberfläche des Formwerkzeugs 1 bis 50 mm, bevorzugt 10 bis 30 mm. Besonders bevorzugt ist die Sprühdüse eine koaxiale
Sprühdüse und/oder weist der Öl-Gasstrahl einen
Öffnungswinkel > 1°, bevorzugt im Bereich von 2 bis 10°, besonders bevorzugt 2 bis 6° auf. Die Homogenität des Auftrags kann gesteigert werden, wenn die Vorrichtung mehrere Sprühdüsen pro innerem
Formwerkzeug, somit pro Dorn aufweist, bevorzugt zwei Sprühdüsen pro Dorn aufweist. Dabei kann die die Sprühdüse oder die Sprühdüsen fest mit der Formstation verbunden sein. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Sprühdüse oder die Sprühdüsen nicht stationär mit der Formstation verbunden und sind in den Zwischentakten des Formprozesses an den Dorn oder in dessen Nähe führbar. Als Schmiermittel können bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung beliebige Öle mit einer Viskosität < 600 mm2/s und einem Flammpunkt und/oder Pyrolysepunkt > 200 °C, bevorzugt > 250 °C eingesetzt werden. Somit können hier die gleichen Öle wie bei den bekannten Standardprozessen eingesetzt werden.
Mit der Vorrichtung ist es möglich, die eingesetzte Menge an Schmiermittel bzw. Öl auf weniger als 0,1 g Öl pro
Formschritt und Auftrag zu reduzieren. Bei der Vorrichtung handelt es sich somit um ein Minimalschmiersystem, wobei unter einer Minimalschmierung in Sinne der Erfindung ein Auftrag von weniger als 0,1 g Schmiermittel pro Formschritt und Auftrag verstanden wird. Bei der Minimalschmierung kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Auftrag pro Formschritt und Takt auf weniger als 0,01 g oder sogar weniger als 0,001 g verringert werden. Durch die geringe Menge an appliziertem Schmiermittel kann die Kontamination des Produktes, der Formwerkzeuge sowie der
Produktionsumgebung maßgeblich verringert werden.
Gleichzeitig wird jedoch bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung eine ausreichende Schmierwirkung erreicht.
Dies kann bei bevorzugten Ausführungsformen insbesondere durch die jeweils einzelnen Komponenten der Vorrichtung und insbesondere durch deren vorteilhaftes Zusammenwirken gewährleistet werden, insbesondere wie dies den
unabhängigen Ansprüchen zu entnehmen ist, wobei bevorzugte weitere Ausgestaltungen auch den Unteransprüchen zu
entnehmen sind.
Das Formwerkzeug ist hierbei derart ausgestaltet, dass durch eine Wärmeableitung die Temperatur an der Oberfläche des Formwerkzeugs, insbesondere an der Kontaktoberfläche höchstens 300°C beträgt. Hierbei wird insbesondere als Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs der Teil des
Formwerkzeugs verstanden, der während des Formungs- oder Umformprozesses in Kontakt mit dem heißen Glas des zu formenden Werkstücks kommt. Die Oberflächentemperatur dieser Kontaktoberfläche wird hierbei mit einem
Thermoelement im Inneren des Formwerkzeugs, d.h. unterhalb der Oberfläche, insbesondere der Kontaktoberfläche
gemessen. Der Abstand der Oberfläche zum Thermoelement beträgt bei der Messung zwischen 0,5 mm und 1 mm, wodurch insbesondere sehr exakte Temperaturmessungen möglich sind. Bevorzugt wird durch die Wärmeableitung gewährleistet, dass die Temperatur an der Oberfläche des Formwerkzeugs
niedriger als die Verdampfungstemperatur und/oder des
Flammpunktes bzw. der Pyrolysetemperatur des verwendeten Schmiermittels ist. Als besonders vorteilhaft in Hinblick auf eine geringe Kontamination von Produkt und
Prozessumgebung sowie auf eine möglichst geringe Menge an appliziertem Schmiermittel haben sich hierbei
Oberflächentemperaturen des Formwerkzeugs herausgestellt, die jeweils zumindest 10 °C oder sogar zumindest 50 °C unterhalb der Verdampfungstemperatur und/oder der
Pyrolysetemperatur des Schmiermittels liegen. Vorteilhaft kann die pro Formschritt und Auftrag abgegebene Ölmenge < 0,01 g und bevorzugt < 0,005 g und besonders bevorzugt < 0,001 g sein.
Ebenso vorteilhaft kann die Dauer des Sprühvorgangs, insbesondere eines Sprühstoßes zum Aufsprühen des Öls < 0,5 s, bevorzugt < 0,3 s, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,2 s betragen .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das innere
Formwerkzeug, insbesondere der Dorn mehrteilig, zumindest zweiteilig ausgeführt und ist dessen effektiver äußerer Durchmesser, somit der bei der Formung wirksame äußere Durchmesser der Kontaktoberflächen, mittels relativer
Bewegung von zumindest zwei Hälften des inneren
Formwerkzeugs, insbesondere des Dorns, einstellbar.
Hierdurch können auch Rillen oder Erhebungen, insbesondere lippenartige oder ringförmige Erhebungen präzise geformt werden .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die
Wärmeableitung passiv. Bei dieser Ausführungsform besteht das innere Formwerkzeug ganz oder zumindest teilweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Bevorzugt wird für das Formwerkzeug ein Material mit einer
Wärmeleitfähigkeit von zumindest 400 W/mK und/oder, welches Kupfer enthält oder aus Kupfer besteht, verwendet. Hierbei kann das innere Formwerkzeug, insbesondere der Dorn einen Kern aufweisen, welcher ein Material mit einer
Wärmeleitfähigkeit von zumindest 400 W/mK aufweist und/oder Kupfer enthält.
Vorteilhaft kann hierzu das innere Formwerkzeug,
insbesondere der Dorn in einer Aufnahme derart gehalten sein, dass diesem Wärme entziehbar und/oder zuführbar ist, insbesondere mittels einer Wärmeaustauschfläche des inneren Formwerkzeugs, insbesondere Dorns, welche in direktem mechanischen Kontakt mit einer zugeordneten
Wärmeaustauschfläche der Aufnahme steht. Hierbei kann bereits durch die Wärmeleitung so viel Wärme aus dem inneren Formwerkzeug, insbesondere dem Dorn abgeführt werden, dass dieser sicher die hier beschriebenen
Temperaturen, zumindest an der jeweiligen Formoberfläche, welche auch als Kontaktoberfläche bezeichnet wird,
aufweist .
Alternativ oder zusätzlich kann die Wärmeableitung des Formwerkzeugs aktiv erfolgen. So kann das Formwerkzeug im Inneren mit einem Kühlmedium, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit, durchspült werden. Als besonders geeignet haben sich hierbei Kühlflüssigkeiten wie Wasser oder Öle herausgestellt. Eine Kühlung kann auch durch Luft oder den Einsatz von Aerosolen erfolgen. Um die erwünschte
Kühlleistung bereitzustellen, kann hierbei die Temperatur des Kühlmediums und/oder dessen Durchflussmenge eingestellt werden. Bevorzugt wird hierbei ein Kühlmedium mit
Raumtemperatur verwendet und dessen Durchflussmenge auf einen Wert eingestellt, der die erwünschte Temperatur des inneren Formwerkzeugs, insbesondere der Kontaktoberfläche des Dorns sicher auf den hier beschriebenen Werten hält.
Insbesondere mit einer aktiven Kühlung kann die Temperatur auf der Oberfläche, insbesondere der Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs während des Formprozesses auf Temperaturen < 250°C oder sogar < 230°C betragen, insbesondere auf diese Temperatur gesenkt werden oder auf diese Temperaturen einstellbar sein. Es ist sogar eine Temperaturabsenkung auf Temperaturen unter 200 °C möglich. Hierdurch kann eine große Anzahl an verschiedenen Schmiermitteln verwendet werden .
In Kombination mit der erfindungsgemäßen geringen Menge an appliziertem Schmiermittel werden die auf dem Formwerkzeug entstehenden Verschmutzungen durch Pyrolyseprodukte,
Verbrennungsprodukte oder reduzierter
Schmiermittelrückstände reduziert, was sich vorteilhaft auf die Abstände der notwendigen Reinigungszyklen auswirkt.
Da die Wärme beim Formwerkzeug effektiv abgeführt wird, kann die Temperatur auf der Oberfläche des Formwerkzeugs, insbesondere an der jeweiligen Kontaktoberfläche auch während des Umformprozesses so eingestellt werden, dass die Oberflächentemperatur des Formwerkzeugs unterhalb des Flammpunktes und/oder der Pyrolysetemperatur des
verwendeten Schmiermittels liegt. Dies gewährleistet, dass das aufgetragene Schmiermittel nicht verbrennt oder sich zersetzt. Dadurch wird auch die mit einer Zersetzung bzw. Verbrennung des Schmiermittels einhergehende
Rauchentwicklung minimiert. Die starke Reduzierung der Rauchentwicklung verringert die Verschmutzung der
Produktionsumgebung und führt zu einer verringerten
Belastung für die Produktionsmitarbeiter.
Ein weiterer Vorteil der Minimalschmierung des
Formwerkzeugs besteht darin, immer frisches „sauberes" Öl zur Schmierung verwendet wird und nicht im Kreislauf wiederverwendet wird. Somit wird vermieden, dass sich
Verunreinigungen, Partikel und/oder Alkaliverbindungen im Öl anreichern. Dies gewährleistet, dass die Eigenschaften des Schmiermittels konstant bleiben. Dies garantiert eine langzeitstabile Reproduzierbarkeit der Minimalschmierung.
Des Weiteren wird durch die Reduzierung der
Rauchentwicklung die Verschmutzung der Produkte erheblich verringert. Hierdurch kann in einer Weiterbildung der Erfindung die Dauer des sich dem Herstellungsprozess anschließenden Annealingprozesses verkürzt werden. Bei diesem Prozess werden die Glasprodukte nach dem Umformen in einem Entspannungsofen bei Temperaturen im Bereich von beispielsweise 560 bis 570°C erwärmt. Die Temperaturen im Entspannungsofen liegen somit in der Regel über der
Pyrolysetemperatur des Schmiermittels sowie der
Pyrolysetemperatur der während des Umformprozesses entstandenen Zersetzungsprodukte des Schmiermittels. Somit werden im Entspannungsofen nicht nur eventuell vorhandene Spannungen im Glas abgebaut, sondern durch Pyrolyse auch die Rückstände des Schmiermittels auf dem Glas entfernt. Da durch die erfindungsgemäße Vorrichtung die Menge dieser Rückstände erheblich reduziert wird, kann auch die
Zeitdauer des Annealingprozesses verkürzt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Menge des beim Umformprozess eingesetzten Schmiermittels erheblich reduziert werden. Neben der vorstehend beschriebenen
Reduktion von Verbrennungs- und Pyrolyseprozessen des
Schmiermittels durch eine Wärmeableitung beim Formwerkzeug ist hierbei ein gleichmäßiger und gerichteter Auftrag des Schmiermittels auf der Oberfläche des inneren Formwerkzeugs möglich .
Der Auftrag des Schmiermittels erfolgt mit zumindest einer Sprühdüse pro Formwerkzeug. Der Auftrag erfolgt hierbei bevorzugt in den Zwischentakten, wobei unter einem
Zwischentakt die Zeitdauer zwischen zwei Umformprozessen verstanden wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sprühdüse dabei derart ausgebildet, dass beim Sprühstoß ein
richtungsstabiler Öl-Gas-Strahl gebildet wird. Unter einem richtungsstabilen Öl-Gasstrahl wird hierbei auch ein
Aerosol in einem definierten Sprühkegel verstanden. Dies ermöglicht eine präzise Positionierung sowie eine
gleichmäßige Verteilung des Öls auf der Oberfläche des inneren Formwerkzeugs. Insbesondere wird durch die
Sprühdüse eine unkontrollierte Ausbreitung eines Öl-Gas- Aerosols verhindert. Bevorzugt wird als Gas zur Erzeugung des Öl-Gasstrahls Druckluft verwendet.
Beispielsweise wird bei Koaxial-Sprühdüsen durch Abgabe einer Mantelsprühluft ein richtungsstabiler Öl-Luftstrahl erreicht. Es können jedoch auch andere Düsensysteme, beispielsweise Düsen mit einer Ringdüsenanordnung,
verwendet werden, sofern mit diesen ein richtungsstabiler Öl-Gasstrahl mit einer gleichmäßigen Verteilung der
Ölpartikel erzielt werden kann.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Sprühdüse in der Vorrichtung derart angeordnet ist, dass zwischen Düse und die zu benetzenden Oberflächen des Formwerkzeugs ein vertikaler Winkel γ im Bereich von 0-60° und ein horizontaler Winkel Oi im Bereich von -85° bis -85° gebildet wird. Bei dieser geometrischen Anordnung von
Sprühdüse und der zu benetzenden Oberfläche wird nicht nur die Kontaktoberfläche, d.h. der Oberflächenbereich, der beim Umformen mit dem Glas in Kontakt kommt benetzt, sondern auch benachbarte Bereiche der Werkzeuge mit
ebenfalls hohen thermischen Belastungen können benetzt werden. Dies ist vorteilhaft, da durch das Öl Korrosion vermieden werden kann. Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform beträgt der vertikale Winkel zwischen Düse und innerem Formwerkzeug 0° und der horizontale Winkel 45°. Der laterale Abstand der Sprühdüse während des
Sprühvorgangs zur Oberfläche des inneren Formwerkzeugs liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 50 mm. Ein Abstand im Bereich von 10 bis 30 mm hat sich hierbei als besonders vorteilhaft herausgestellt. Die Sprühdüse kann hierbei gemäß einer Ausführungsform der Erfindung fest in der Vorrichtung installiert sein, d.h. der Abstand von Sprühdüse zur Oberfläche des zu
besprühenden Formwerkzeugs ist konstant. Hier kann die beispielsweise Sprühdüse in die Formstation oder ein äußeres Formwerkzeug integriert sein. Auch eine Anbringung unterhalb eines äußeren Formwerkzeuge ist möglich.
Alternativ kann die Sprühdüse auch nicht stationär mit Formstation oder einem weiteren Formwerkzeug bzw. den weiteren Formwerkzeugen verbunden sein, sondern über eine bewegliche Vorrichtung in den Zwischentakten an die zu besprühenden Oberflächen des Formwerkzeugs geführt werden. Unter einem Zwischentakt wird hierbei die Zeitdauer
zwischen zwei Umformprozessen verstanden.
Die Sprühdüse verfügt über eine variabel einstellbare
Sprühzeit, die beispielsweise dem Maschinentakt angepasst werden kann. Über die Sprühzeit wird die Menge des
abgegebenen Öls eingestellt. Insbesondere in Kombination mit der geometrischen Positionierung der Sprühdüse
gewährleistet dies ein vollständiges, gleichmäßiges und reproduzierbares Auftragen der Minimalölmenge . Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Dauer des Sprühstoßes zum
Aufsprühen des Öls < 0,5 s, bevorzugt < 0,3 s oder < 0,2 s. Die jeweilige Dauer richtet sich hierbei nach dem
Maschinentakt. Bevorzugt beträgt die Dauer des Sprühstoßes zumindest 0,1 s, um ein gleichmäßiges Öffnen der Ventile zu gewährleisten. Gemäß einer Ausführungsform liegt die Dauer des Sprühstoßes bzw. des Sprühvorgangs daher zwischen 0,1 und 0,5 s, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,2 s. Koaxial-Sprühdüsen haben sich hierbei als besonders
vorteilhaft herausgestellt, prinzipiell können jedoch auch andere Sprühdüsen, beispielsweise Ringdüsen, verwendet werden. Bei Koaxial-Sprühdüsen können zusätzlich zu den Parametern Schmierstoffmenge und Sprühzeit die
Einstellungen für die Mantelluft und somit das
Sprühbildbeeinflusst werden. Die Verteilung des Ölfilms auf der Oberfläche des Formwerkzeugs kann beispielsweise über die Sprühzeit der Mantelluft geregelt werden.
Beispielsweise kann mit zunehmender Sprühdauer der
Öffnungswinkel des Ölfilms durch die Mantelluft vergrößert werden. Somit kann eine besonders zielgenaue und
gleichmäßige Verteilung des Öls erreicht werden. Dies ist bei den eingesetzten Minimalmengen von besonderer Bedeutung. Nach dem Versprühen des Öls kann mit reiner Sprühluft nachgeblasen und so die Verteilung auf der
Oberfläche des Formwerkzeugs nochmals verbessert werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt auch die Schmierung der Rollen mit einem entsprechenden
MinimalschmierSystem.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung zumindest zwei Sprühdüsen pro Formwerkzeug auf. Hierdurch wird die Ölverteilung nochmals verbessert und muss jede der beiden Sprühdüsen nur jeweils die Hälfte der für eine
Vorrichtung mit einer Sprühdüse angegebene Menge an Öl abgeben .
Insbesondere durch die Kombination eines inneren
Formwerkzeugs mit einer guten Wärmeableitung und der erfindungsgemäßen Anordnung der Sprühdüse bzw. der
Sprühdüsen zur Oberfläche des inneren Formwerkzeugs kann die Minimalschmierung realisiert und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile einer konventionellen
Schmierung beseitigt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die pro Formschritt und Auftrag abgegebene Ölmenge auf weniger als 0,01 g, weniger als 0,005 g oder sogar weniger als 0,001 g reduziert werden. Dies entspricht einer
Verringerung der zugeführten Ölmenge im Vergleich zum Stand der Technik um mehr als zwei Größenordnungen.
Hierbei sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung die bei der Formung mit dem Glas des Werkstücks in Kontakt tretenden Bereiche der jeweiligen
Formoberfläche, insbesondere der Kontaktoberfläche sowie vorzugsweise auch ein Bereich eines kegelstumpfförmigen Abschnitts des inneren Formwerkzeugs, somit des Dorns, jeweils vollflächig mit einer das Öl umfassenden
Bedeckungsschicht versehbar.
Vorteilhaft kann die Bedeckungsschichtdicke der
Bedeckungsschicht Werte von bis zu <750 ym, bevorzugt bis zu <75 ym aufweisen und insbesondere bevorzugt kann die Bedeckungsschicht auch nur eine oder nur bis zu zehn molekulare Monolagen des Öls umfassen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
Formen eines Werkstücks unter Einbezug einer
Minimalschmierung für das Benetzen von Formwerkzeugen.
Hierbei umfasst das Verfahren zumindest ein Erwärmen des Werkstücks bis zum Erweichen sowie ein Ausformen der äußeren und inneren Mantelflächen des Werkstücks durch zumindest ein Formwerkzeug in zumindest einem
Formungsschritt als Verfahrensschritte. Bevorzugt wird das Werkstück hierbei durch ein inneres und ein äußeres
Formwerkzeug geformt. Bevorzugt ist das Werkstück als Rohr, insbesondere als ein Rohr mit einem runden oder ellipsoiden Querschnitt ausgebildet.
Das Werkstück wird zunächst auf eine Temperatur um den die Formgebungstemperatur aufgeheizt und durch Kontakt mit dem Formwerkzeug geformt. Bevorzugt wird zur Ausformung ein inneres Formwerkzeug in das Werkstück eingeführt und ein äußeres Formwerkzeug auf das Werkstück aufgebracht, so dass das Werkstück geformt wird. Das innere Formwerkzeug ist hierbei bevorzugt als Dorn ausgebildet.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt Oberflächentemperatur des Formwerkzeugs auch während des Formungs- oder Umformprozesses, d.h. auch bei Kontakt mit dem erwärmten Werkstück, maximal 300 °C.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Temperatur auf der Kontaktoberfläche während des Formprozesses herausgestellt, die kleiner als die Verdampfungstemperatur und/oder als der Flammpunkt des verwendeten Öls ist. Hierbei wird als
Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs diejenige Oberfläche des Formwerkzeugs, insbesondere jeweils des Dorns
verstanden, welche mit dem zu formenden Material,
insbesondere dem Glas, in Kontakt tritt oder während der Formung in Kontakt treten kann. Als in Kontakt treten wird hierbei kein direkter mechanischer Kontakt verstanden, sondern es wird dabei berücksichtigt, dass sich zwischen der Kontaktoberfläche und dem zu formenden Material, insbesondere dem Glas jeweils ein Film des aufgesprühten Öls und zumindest eine Molekül-Monolage des aufgesprühten Öls befindet.
Vorteilhaft kann dieses durch die Ausgestaltung des
Formwerkzeugs erreicht werden, welche eine effiziente
Ableitung der Wärme von der Oberfläche des Formwerkzeugs ermöglicht. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Wärmeableitung passiv. Bei dieser
Ausführungsform besteht das Formwerkzeug, insbesondere das innere Formwerkzeug, ganz oder zumindest teilweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine aktive Wärmeableitung erfolgen. Hierbei kann das
Formwerkezug, beispielsweise ein Dorn, bereichsweise mit einem Kühlmedium, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit, insbesondere während des Formungsschritts durchspült sein.
Generell beträgt die Temperatur auf der Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs während des Formprozesses < 250°C, bevorzugt < 200°C.
Während des Umformens ist die Oberfläche, zumindest die Formungs- oder Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs bzw. des Dorns bevorzugt vollständig mit einem Öl als Schmiermittel bedeckt. Unter einer vollständigen Oberflächenbedeckung wird im Sinne der Erfindung eine Bedeckung mit zumindest einer Molekül-Monolage Öl, welche auch als molekulare
Monolage bezeichnet wird, auf der Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs, somit der Kontaktoberfläche des Dorns verstanden . Bevorzugt ist insbesondere hierbei die Temperatur der
Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs, insbesondere die
Kontaktoberfläche des Dorns, während des Formprozesses kleiner als die Verdampfungstemperatur und/oder als der Flammpunkt des verwendeten Öls, bevorzugt 10 °C niedriger als die Verdampfungstemperatur und/oder als der Flammpunkt des verwendeten Öls.
Das Öl wird vor dem Verfahrensschritt des Ausformens bzw. zwischen zwei Formprozessen mit zumindest einer Sprühdüse auf die Dornoberfläche aufgebracht. Hierbei ist die
Sprühdüse bevorzugt derart ausgebildet, dass ein
richtungsstabiler Öl-Gasstrahl von der Sprühdüse abgegeben wird. Der Öl-Gasstrahl weist hierbei bevorzugt einen
Öffnungswinkel > 1°, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 10° auf und ermöglicht, anders einen präzisen Auftrag des Öls auf die Kontaktoberfläche bzw. Oberfläche des Formwerkzeugs . Gemäß einer Ausführungsform ist die Sprühdüse ist hierbei so zum Formwerkzeug angeordnet, dass ein vertikaler Winkel γ zur Oberfläche des Formwerkzeugs, beispielsweise zur Dornoberfläche, im Bereich von 0-60° und ein horizontaler Winkel Oi zur Oberfläche des Formwerkzeugs im Bereich von 0-85° gebildet wird.
Die Sprühzeiten der Sprühdüse bzw. der Sprühdüsen betragen weniger als 0,5 s, bevorzugt weniger als 0,3 s und
besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 0,2 s und können variabel eingestellt werden, so dass jederzeit ein
gleichmäßiges und reproduzierbares Auftragen der Ölmenge pro Auftrag oder Sprühstoß bzw. Maschinentakt gewährleistet ist. Bevorzugt ist die pro Maschinentakt und Formschritt abgegebene Ölmenge < 0,01 g oder sogar < 0,001 g.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Minimalschmierung ist insbesondere für Prozesse mit Heißumformungen von Glas durch Formwerkzeuge geeignet, bei denen neben der Reibung bzw. Haftung des Glases an den Formwerkzeugen auch eine Kontamination der Produkte sowie der Produktionsumgebung minimiert werden sollen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Herstellung von Pharmaverpackungen wie Fläschchen, Karpulen oder Spritzen aus Glasrohren.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Formen eines
Werkstücks aus Glas, vorzugsweise mit einer
Minimalschmierung, angegeben, umfassend die folgenden
Verfahrensschritte :
- Erwärmen des vorzugsweise rohrförmigen Werkstücks aus Glas bis zum Erweichen des Glases,
- Formen des Werkstücks mit einem Formwerkzeug, insbesondere mit einer Vorrichtung zum Formen eines Werkstücks aus Glas gemäß einem der vorstehenden
Ansprüche, in einem Formungsschritt, wobei
- die Temperatur der Kontaktoberfläche des
Formwerkzeugs mit dem Werkstück während des Ausformens bei höchstens 300°C gehalten wird und
- zumindest die Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs mit einem Öl als Schmiermittel bedeckt wird, wobei
- das Öl vor dem Formprozess und/oder zwischen zwei Formprozessen, vorzugsweise mit zumindest einer
Sprühdüse, auf die Oberfläche des Formwerkzeugs aufgesprüht wird und wobei pro Formschritt weniger als 0,1 g Öl abgegeben werden.
Bei diesem Verfahren kann die gesamte Umformung oder
Ausformung des zu formenden Werkstücks aus Glas in einem einzigen Formungsschritt erfolgen oder auch mehrere, nacheinander durchgeführte Formungsschritte umfassen, welche dann zur vollständigen Umformung oder Ausformung des geformten, aus Glas bestehenden Werkstücks führen.
Bevorzugt werden bei dem Verfahren die inneren und äußeren Mantelflächen des Werkstücks durch zumindest ein inneres und ein äußeres Formwerkzeug geformt oder ausgebildet, wobei bevorzugt das innere Formwerkzeug als Dorn
ausgebildet ist.
Vorteilhaft wird bei dem Verfahren durch die Sprühdüse Öl und Gas, insbesondere Luft ausgestoßen, so dass ein
richtungsstabiler Öl-Gasstrahl, bevorzugt ein
richtungsstabiler Öl-Gasstrahl mit einem Öffnungswinkel > 1° gebildet wird.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens wird die Sprühdüse so angeordnet, dass ein vertikaler Winkel γ zur Dornoberfläche im Bereich von 0 bis 60° und ein
horizontaler Winkel Oi zur Dornoberfläche im Bereich von -85° bis 85° liegt.
Bevorzugt beträgt bei dem Verfahren die pro Formschritt und Auftrag, insbesondere Sprühstoß abgegebene Ölmenge < 0,005 g und besonders bevorzugt < 0,001 g. Vorteilhaft beträgt die Dauer eines Sprühstoßes bei dem Verfahren zum Sprühen oder Aufsprühen des Öls < 0,5 s, bevorzugt < 0,3 s und besonders bevorzugt 0,1 bis 0,2 s. Bei den besonders bevorzugten Ausführungsformen des
Verfahrens beträgt die Temperatur der Form- oder
Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs während des
Formprozesses < 250°C, bevorzugt < 200°C. Äußerst vorteilhaft ist es, wenn bei dem Verfahren die Temperatur der Form- oder Kontaktoberfläche des
Formwerkzeugs während des Formprozesses oder Formens kleiner als die Verdampfungstemperatur und/oder als der Flammpunkt des verwendeten Öls, bevorzugt zumindest 10 °C niedriger als die Verdampfungstemperatur und/oder als der Flammpunkt des verwendeten Öls ist.
Vorteilhaft wird bei dem Verfahren dem inneren Formwerkzeug während des Formprozesses mittels Wärmeleitung durch
Festkörperkontakt Wärme zu oder abgeführt.
Alternativ oder zusätzlich kann bei dem Verfahren das innere Formwerkzeug, insbesondere der Dorn während des Formprozesses mit einem Kühlmedium, bevorzugt einer
Kühlflüssigkeit durchspült werden.
Vorteilhaft können bei dem Verfahren die bei der Formung mit dem Glas des Werkstücks in Kontakt tretenden Bereiche der jeweiligen Formoberfläche, insbesondere der
Kontaktoberfläche sowie ein Bereich eines
kegelstumpfförmigen Abschnitts des inneren Formwerkzeugs, somit des Dorns, jeweils vollflächig mit einer das Öl umfassenden Bedeckungsschicht versehen werden.
Die Bedeckungsschichtdicke der Bedeckungsschicht kann
Werte von bis zu <75 ym aufweist und insbesondere eine bevorzugt bis zu zehn molekulare Monolagen des Öls
umfassen .
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Figuren 1 bis 12 näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Positionierung einer Sprühdüse relativ zu einem Dorn als innerem Formwerkzeug von der Seite her gesehen,
Figur 2a eine schematische Seitenansicht einer
bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher auch weitere Formwerkzeuge, insbesondere äußere Formwerkzeuge gezeigt sind, die zur
Formung einer Außenkontur des zu formenden
Werkstücks verwendbar sind,
Figur 2b eine Aufsicht auf die in Figur 2a dargestellte
Ausführungsform von oben, somit entgegen der in Figur 2a dargestellte Richtung des Pfeils 7,
Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht eines
Formwerkzeugs, welches als Dorn mit einem
Kupferkern ausgebildet ist, bei welcher die
Schnittebene in der in Figur 2b gezeigten
Schnittebene AA verläuft, Figur 4 eine schematische Querschnittsansicht eines aktiv gekühlten Dorns, bei welcher die Schnittebene in der in Figur 2b gezeigten Schnittebene AA verläuft ,
Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht, einer
Sprühdüse, bei welcher die Schnittebene durch die Längs- und Symmetrieachse der Sprühdüse verläuft und in welcher das Sprühbild dieser koaxialen Sprühdüse zu erkennen ist,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht auf eine
Ausführungsform eines inneren Formwerkzeugs, insbesondere Dorns, bei welcher das innere
Formwerkzeug mittels einer Rastvorrichtung an einer zugeordneten Aufnahme der Formstation in seiner betriebsbereiten Stellung gehalten und passiv gekühlt ist, Figur 7 eine Ansicht der Aufnahme des inneren
Formwerkzeugs oder Dorns von unten her gesehen bei welcher Kühlkanäle erkennbar sind, welche in der Aufnahme verlaufend dargestellt sind, Figur 8 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines inneren Formwerkzeugs, insbesondere Dorns, bei welcher das innere Formwerkzeug mittels einer Rastvorrichtung an einer zugeordneten Aufnahme der Formstation in seiner betriebsbereiten
Stellung gehalten und passiv gekühlt ist, und das innere Formwerkzeug, insbesondere der Dorn zweiteilig ausgeführt ist, Figur 9 eine Ansicht der Aufnahme des inneren Formwerkzeugs oder Dorns der weiteren
Ausführungsform von unten her gesehen bei welcher Kühlkanäle erkennbar sind, welche in der Aufnahme verlaufen,
Figur 10 eine Aufsicht auf ein Detail, insbesondere den oberen Bereich der in Figur 8 gezeigten weiteren Ausführungsform des inneren Formwerkzeugs, insbesondere des Dorns, in einer vergrößerten Darstellung .
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter und
besonders bevorzugten Ausführungsformen wird auf die beigeschlossenen Figuren Bezug genommen, welche lediglich um der Klarheit willen jeweils nicht maßstabsgerecht dargestellt sind.
Ferner bezeichnen gleiche Bezugszeichen bei den
verschiedenen offenbarten Ausführungsformen gleiche oder gleich wirkende Eigenschaften oder Merkmale.
Bei der Beschreibung des Verfahrens werden die Begriffe des Formens, eines Formprozesses sowie des Aus- oder Umformens im Rahmen dieser Offenbarung wie folgt gebraucht. Das
Formen beschreibt den für das Werkstück 6 formgebenden Vorgang, welcher während des Formprozesses durchgeführt wird. Das Formen kann hierbei einen oder mehrere Formungsschritte umfassen, welche jeweils eine zumindest teilweise Formung des aus Glas bestehenden Werkstücks bewirken. Soweit dieser Formprozess bis zu seinem
Abschluss, insbesondere bis zur endgültigen gewünschten Formung des Werkstücks 6 durchgeführt wird, wird dieses auch als Aus- oder Umformen bezeichnet.
In Fig. 1 ist schematisch die Positionierung einer
Sprühdüse 2 relativ zum Dorn 1 als innerem Formwerkzeug dargestellt. Der Dorn 1 weist eine im Wesentlichen
zylindrische Gestallt auf, welche sich zu deren oberen Ende hin kegelstumpfartig verjüngt. Dabei stellen die äußeren zylindrischen Mantelflächen jeweils Form- oder
Kontaktoberflächen 18 zur Formung des erwärmten Glases des Werkstücks 6 zur Verfügung. Die Kontaktoberfläche 18 des Dorns 1 kann in der Y-Richtung eine Länge von 5 bis 20 mm und in seinem zylindrischen Bereich einen Durchmesser D von 5 bis 20 mm aufweisen. Für bestimmte Ausführungsformen des zu formenden Wertstücks 6 kann dieser Durchmesser D auch nur etwa 1 mm betragen oder sogar kleiner sein. Der in
Figur 1 dargestellte Dorn 1 besteht vorzugsweise aus einem HSS-Stahl, somit einem Schnellarbeitsstahl . Die Sprühdüse 2 kann gemäß dieser Ausführungsform stationär in der im
Ganzen mit dem Bezugszeichen 100 versehenen Formstation und/oder an der Rollenhalterung 22, welche jeweils die äußeren Formwerkzeuge 5a, 5b drehbar, jedoch in axialer Richtung fixiert hält, integriert sein oder alternativ in einer nicht-stationären Konfiguration über eine geeignete, bewegliche Vorrichtung an den Dorn herangeführt werden.
Die Formstation 100 ist mit deren jeweiligen sensorischen und/oder aktorischen Baugruppen mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung 30 verbunden, welche auch als PLC/SPS bezeichnet ist und in welcher Tabellen und entsprechende Programme zur Ablaufsteuerung, insbesondere der beschriebenen Verfahrensschritte hinterlegt sind. Um der Einfachheit der Darstellung willen sind die jeweiligen, dem Fachmann geläufigen Verbindungen der PLC/SPS zu den jeweiligen sensorischen und aktorischen Baugruppen jedoch nicht explizit dargestellt. Die Sprühdüse 2 weist beim Sprühvorgang einen Abstand 4 zur Oberfläche, insbesondere zur Kontaktoberfläche 18 des Dorns 1 auf, wobei der Abstand 4 von der Öffnung 23 am Kopf der Sprühdüse 2 beim Sprühvorgang bis zur Kontaktoberfläche 18 in lateraler Richtung somit in Richtung entgegen dem mit x bezeichneten Pfeil gemessen und auch als lateraler Abstand bezeichnet wird. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei seitliche Abstände zwischen der Öffnung der
Sprühdüse 2 und der Kontaktoberfläche 18 im Bereich von 1 bis 50 mm, besonders im Bereich von 10 bis 30 mm
herausgestellt. In Y-Richtung kann die Höhe der jeweiligen Düse 2, 2a, 2b so gewählt werden, dass die Öffnung 23 der jeweiligen Düse 2, 2a, 2b etwas oberhalb oder im Bereich der jeweiligen Kontaktoberfläche 18 des Dorns 1 liegt, sodass ein vollflächiger Auftrag des Öls zumindest auf der jeweiligen Kontaktoberfläche 18 sowie die Bereiche 47 sichergestellt ist.
Je nach baulichen Abmessungen kann die jeweilige Düse 2, 2a, 2b auch, in x-Richtung gesehen unterhalb der jeweiligen Kontaktoberfläche 18 angeordnet sein, insbesondere, wenn negative Winkel α Verwendung finden. Der Winkel α beschreibt den Winkel der Sprühdüsenrichtung horizontal zur Dornoberfläche somit relativ zu der mit x- bezeichneten und mit einem Pfeil x dargestellten Achse. Die Sprühdüsenrichtung ist der detaillierteren Darstellung der Figur 5 einfacher zu entnehmen und entspricht der Richtung der in Figur 5 dargestellten Pfeile und somit im
Wesentlichen der Längsrichtung der jeweils parallel
zueinander ausgerichteten Luftkanäle IIa, 11, der
Ölzuleitung 9 und den Luftkanälen 13a, 13b, welche
insgesamt zur Austrittsrichtung des sich ergebenden Öl- Luftstrahls 14 führen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel α 0 bis 85°, bevorzugt 30 bis 50°, besonders bevorzugt 45°. Eine entsprechende Positionierung der Sprühdüse 2, 2a, 2b während des Sprühvorgangs ermöglicht es auch, mit den erfindungsgemäßen geringen Ölmengen eine gleichmäßige und vollständige Benetzung oder Bedeckung der Dornoberfläche mit dem Sprühstrahl 3. Je nach baulichen Abmessungen der Formstation 100 kann bei einer unter dem inneren
Formwerkzeug 1 angeordneter Düse 2, 2a, 2b auch ein
negativer Winkel α eingestellt werden, der beispielsweise bis -85° betragen kann. Hierbei wird bei allen bevorzugten Ausführungsformen der Sprühstrahl 3 jeweils so eingestellt, insbesondere
ausgerichtet, dass es vorzugsweise bei jedem Sprühstoß und vorzugsweise mit nach dem Sprühstoß nachgeblasener Luft zu einer vollflächigen Benetzung oder Bedeckung zumindest der jeweiligen Formoberflächen, insbesondere Kontaktoberflächen 18 und vorzugsweise des nachfolgend noch detaillierter beschriebenen Bereichs 47 des kegelstumpfförmigen Abschnitts 46 des inneren Formwerkzeugs oder Dorns 1 mit dem aufgetragenen Öl kommt.
In den Fig. 2a und 2b wird schematisch eine Ausführungsform der Formstation dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 2a eine Seitenansicht der Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst neben dem Dorn 1 als inneres Formwerkzeug die beiden äußeren Formwerkzeuge 5a und 5b, welche als Formrollen ausgebildet sind.
Bei der Formrolle 5a, 5b, handelt es sich jeweils bevorzugt um eine zylindersymmetrische Scheibe, welche im Bereich ihrer Mantelfläche die Formgebungsfläche 21 aufweist, welche für den Glaskontakt ausgebildet ist. Die Kontur der Formgebungsfläche entspricht dabei typischerweise einem Abschnitt der Kontur des herzustellenden, aus Glas
bestehenden Werkstücks 6, insbesondere eines
Glascontainers. Die Formrolle 5a, 5b besteht jeweils typischerweise zumindest im Bereich der Formgebungsfläche aus einem hochwarmfesten Material wie Stahl und kann abschnittweise auch aus Aluminium bestehen und ist jeweils um ihre jeweilige Symmetrieachse, somit der
zylindersymmetrischen Achse drehbar gehalten. Bei der gezeigten Ausführungsform sind jeweils zwei
Sprühdüsen 2a und 2b fest an den Rollenhalterungen 22 der äußeren Formwerkzeuge 5a, 5b angebracht. Mit den Sprühdüsen 2a und 2b wird die Oberfläche, insbesondere die
Kontaktoberfläche 18 des Dorns 1 in den Zwischentakten, d.h. zwischen zwei Umformprozessen, mit einem dünnen Ölfilm benetzt und somit geschmiert. Durch die Verwendung von zwei Sprühdüsen 2a und 2b wird eine besonders gleichmäßige Benetzung der Dornoberfläche erreicht. Nach der
Minimalschmierung wird ein zuvor erwärmtes Werkstück 6 in die Formstation eingebracht. Diese Einrichtung 20 zur
Erwärmung kann eine mit einem fossilen Brennstoff
betriebenen Brenner umfassen, dessen Flamme 24 über die äußere Oberfläche des Werkstücks 6 so lange geführt wird, bis dieses die erwünschte Temperatur aufweist.
Bei dieser Temperatur, auf welche das Werkstück 6 erwärmt wurde liegen Viskositäten von 103 ' 5 bis 105 ' 5 dPas vor.
Ein bevorzugtes Glas, aus welchem das Werkstück 6 besteht, oder welches das Werkstück 6 umfasst ist, ohne Beschränkung des für viele, sogar für die meisten heißformbaren Gläser geeigneten Verfahrens oder der für viele, sogar für die meisten heißformbaren Gläser geeigneten Vorrichtung, ein Borosilikatglas , insbesondere ein Borosilikatglas des Typs 1 nach USP und EP. Hier ist das Werkstück 6 als Glasrohr ausgebildet. Zum
Formen oder Ausformen wird der Dorn 1 in das Werkstück 6 in der durch den Pfeil 7 dargestellten Richtung eingeführt, so dass die Konturen des Dorns 1 auf die inneren Mantelflächen 25 des Werkstücks 6 übertragen werden. Gleichzeitig dreht sich das Werkstück 6 und die Konturen der äußeren
Formwerkzeuge 5a und 5b werden auf die äußeren
Mantelflächen des Werkstücks übertragen. Hierbei geraten die Kontaktoberflächen 18 des Dorns 1 in direkten,
mechanischen Kontakt mit den inneren Mantelflächen oder der inneren Mantelfläche 25 des Werkstücks 6, welche dabei relativ zum stationären Dorn 1 in eine Rotationsbewegung versetzt sind. Die Geschwindigkeiten der hierbei auftretenden Relativbewegungen der Formwerkzeuge,
insbesondere des inneren Formwerkzeugs oder Dorns 1 relativ zum Werkstück 6 entsprechen dabei im Wesentlichen den herkömmlichen und dem Fachmann bekannten Geschwindigkeiten bei der Heißformung und mussten nicht für die Zwecke der Erfindung geändert oder speziell angepasst werden.
Der Dorn 1 ist als inneres Formwerkzeug in oder an der Aufnahme 26 jeweils derart gehalten, dass diesem Wärme entziehbar und/oder bei manchen Ausführungsformen zur
Beschleunigung von dessen Erwärmung auch zuführbar ist.
Bei Dornen 1, welche nicht über innere Kühlkanäle verfügen und somit als passiv gekühlt bezeichnet werden, kann dies jeweils mittels einer Wärmeaustauschfläche 27 des Dorns 1, erfolgen, welche in direktem mechanischen Kontakt mit einer zugeordneten Wärmeaustauschfläche 28 der Aufnahme 26 steht. Mittels dieser Wärmeaustauschflächen 27, 28 ist dem Dorn 1, insbesondere durch die PLC/SPS gesteuert und insbesondere durch Einstellung der Temperatur der Wärmeaustauschfläche 28 Wärme so entziehbar und/oder zuführbar, dass hierdurch auch dessen Temperatur definiert einstellbar ist.
Die Größe der jeweiligen Wärmeaustauschflächen 27, 28, siehe beispielsweise Figur 2a, entsprach in etwa der Größe der jeweiligen Kontaktoberflächen 18 und betrug etwa 0,1 bis 5 cm2.
Die Bewegungen des Dorns 1 werden durch den Pfeil 7 und die Bewegung des Werkstücks 6 wird durch den Pfeil 8
symbolisiert. Hierbei kennzeichnen die Pfeile 7 und 8 jeweils die Relativbewegung des Dorns 1 relativ zum
Werkstück 6.
Fig. 2b zeigt die oben beschriebene Vorrichtung in einer Draufsicht, d.h. von oben. Die Sprühdüsen 2a und 2b werden hier durch gestrichelte Linien dargestellt, da sich die Sprühdüsen 2a und 2b unterhalb der Formwerkzeuge 5a und 5b befinden . Die Düsen 2, 2a, 2b waren, wie beispielhaft der Figur 2a zu entnehmen jeweils über in dieser Figur lediglich
schematisch dargestellte Öl- und LuftZuleitungen 50, 51 mit einer jeweils zugeordneten Versorgungseinrichtung 52 für die Zufuhr von Öl und Luft verbunden. Mittels elektrisch ansteuerbarer Ventile 53, 54 konnte sowohl die Zufuhr von Luft, insbesondere Druckluft, als auch von Öl durch die speicherprogrammierbare Steuerung 30 zeitlich definiert gesteuert vorgenommen werden. Lediglich um der Einfachheit des Verständnis Willen ist nicht jede der jeweiligen
Zuleitungen einzeln dargestellt, sondern erschließ sich beispielsweise auch aus der Darstellung der Figur 5, in welcher die jeweiligen, mit diesen Zuleitungen versehenden Luftkanäle IIa, IIb, 13a, 13b und die Ölzuleitung 12 detaillierter zu erkennen sind. Einer jeder dieser
Leitungen ist jeweils ein Ventil unter der Steuerung der speicherprogrammierbaren Steuerung 30 zugeordnet, jedoch um der Klarheit Willen nicht explizit, sondern symbolisch durch die Ventile 53 und 54 dargestellt. Die Versorgung der Luftkanäle IIa, IIb, 13a, 13b konnte bei der in Figur 5 dargestellten Düse 2 sowie den Düsen 2a, 2b mit einem Druck von 1 bis 6 bar erfolgen und überstieg eine Luftmenge von 100 1/min nicht. Bei bevorzugten Ausführungsformen konnten sogar Luftmengen von weniger als 10 1/min verwendet werden. Bei bevorzugten
Ausführungsformen betrug der effektive Durchmesser der Düse für den Austritt der Luft zwischen 0,5 mm bis 3 mm. Als effektiver Durchmesser wird hierbei der für den Austritt der Luft wirksame hydraulisch äquivalente Durchmesser verstanden, welcher in dessen Wirkung insgesamt den
LuftZuführungen IIa, IIb, 13a, 13b entsprach. Der
Durchmesser der Ölzuleitung 12 sowie der Förderdruck des
Öls war jeweils so eingestellt, dass während eines Auftrags oder Sprühstoßes, die jeweils erwünschte Menge des Öls betriebssicher austreten konnte. Durch diese mittels der speicherprogrammierbaren Steuerung gesteuerte Anordnung konnte jeweils zumindest eine
Sprühdüse 2, 2a, 2b oder auch mehrere dieser Sprühdüsen zum Aufbringen des Öls als Schmiermittel auf die Oberfläche des Formwerkzeugs 1 einstellbar angesteuert werden, wobei die pro Formschritt und Auftrag, somit pro Sprühstoß abgegebene Ölmenge kleiner als 0,1 g einstellbar vorgenommen werden. Um der Kürze und der einfacheren Lesbarkeit Willen werden die Sprühdüsen 2, 2a, 2b im Rahmen dieser Offenbarung auch vereinfacht nur als Düsen bezeichnet.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Dorns 1 als inneres Formwerkzeug, der einen inneren Kern 6a aus Kupfer aufweist. Der Kupferkern 6a ermöglicht hierbei eine
schnelle und effektive Wärmeableitung. Alternativ kann der Kern 6a auch aus anderen Materialien mit hoher
Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Kupferlegierungen, Silber oder silberhaltigen Legierungen bestehen. Diese Art der Kühlung mittels Wärmeleitung im Festkörper des Dorns 1 wird im Rahmen dieser Offenbarung generell auch als passive Kühlung bezeichnet.
Der den Kupferkern 6a umgebende weitere Teil 29 des Dorns 1 besteht ebenfalls aus einem HSS-Stahl. Die Schichtdicke Ds dieses weiteren Teils 29 beträgt in dem hinter den
Kontaktoberflächen 18 liegenden Bereichs, siehe
beispielsweise Figur 3, weniger als 1 mm, bei bevorzugten Ausführungsformen weniger als 0,5 mm und bevorzugt mehr als 0 , 2 mm .
Bei den beschriebenen Ausführungsformen mit passiver
Kühlung werden die Formwerkzeughalterungen oder Aufnahmen der Formwerkzeuge insbesondere der inneren und der äußeren Formwerkzeuge gekühlt.
Dadurch bleibt der Kühlkreislauf jederzeit geschlossen und ein Kühlmittelaustritt wird verhindert. Die indirekte oder passive Kühlung ist so ausgelegt, dass minimalste Ölmengen auf den Formwerkzeugen nicht verdampfen und damit eine ausreichende Schmierung zur Formtrennung des heißen Glases von den Formwerkzeugen gewährleistet ist. Durch den Einsatz minimaler Ölmengen reduzieren sich die Ablagerungen auf den Formwerkzeugen, was die Formwerkzeugstandzeit von 2h auf 8h erhöht und die Produktionsunterbrüche reduziert. Dadurch entstehen auch weniger Anfahrverluste. Die Reduzierung der Ablagerungen führt auch zu einer geringeren Streuung der Maßabweichungen oder der Produktverschmutzungen.
Die Formwerkzeuge können zur Reinigung mittels eines
Schnellspannstiftes ausgetauscht werden, wie dieses auch in den Figuren 6 und 9 und 10 beispielhaft dargestellt ist und nachfolgend detaillierter beschrieben wird, wodurch die Maschinenstillstandzeit reduziert wird. Das passiv gekühlte System ist so konstruiert, dass keine Pneumatikschläuche oder Kühlmittelschläuche demontiert werden müssen.
Beim Dorn 1 wird die Wärme durch z.B. einen Kupferkern 6a oder ein anderes gut wärmeleitendes Material im Inneren des Dornes 1 abgeführt. Dabei weist das innere Formwerkzeug, insbesondere der Dorn 1 bevorzugt einen Kern 6a auf, welcher ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 400 W/mK umfasst und/oder Kupfer enthält.
Das Formwerkzeug 1 ist bei bevorzugten Ausführungsformen, welche nachfolgend noch detaillierter beschrieben werden, einfach von dessen Aufnahme 26, welche auch als Kühlkörper wirkt, trennbar. Die indirekte Kühlung ermöglicht dadurch einen einfachen Ausbau und Austausch des jeweiligen
Werkzeugs, insbesondere des Dorns 1, zumal keine
Kühlanschlüsse direkt daran befestigt sind.
In Fig. 4 wird schematisch eine alternative Ausführungsform des Dorns 1 dargestellt. Der in Fig. 4 gezeigte Dorn 1 weist eine aktive Kühlung auf. Hierzu enthält der Dorn 1 im Inneren einen Kühlkanal 9a, durch den ein Kühlmedium, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit fließt. Die
Bewegungsrichtung des Kühlmediums wird durch den Pfeil 9 symbolisiert. Als Kühlmedium kann beispielsweise Wasser, Luft, ein Aerosol oder ein Öl verwendet werden. Durch die aktive Kühlung kann die vom heißen Glas des Werkstücks 6 abgegebene Wärme besonders effektiv abgeführt und somit Dorntemperaturen kleiner 250°C oder sogar kleiner 200°C erhalten werden. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Sprühbildes einer Koaxial-Sprühdüse 10, wie sie gemäß einer
Ausführungsform in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird. Koaxial-Sprühdüsen haben sich hierbei als besonders vorteilhaft herausgestellt, da durch die
Einstellung der abgegebenen Mantelluft das Sprühbild maßgeblich beeinflusst werden kann.
Die in Fig. 5 dargestellte Koaxialdüse 10 weist neben einer Ölzuleitung 12 vier Luftkanäle IIa, IIb sowie 13a und 13b auf. Beim Sprühvorgang werden somit nicht nur Ölpartikel 16 aus der Ölzuleitung 12, sondern gleichzeitig auch Sprühluft aus den Luftkanälen IIa, IIb, 13a und 13b abgegeben. Die Bewegungsrichtung während des Sprühvorgangs wird durch die Pfeile symbolisiert. Die aus den Luftkanälen IIa und IIb abgegebene Sprühluft bildet dabei mit dem aus der
Ölzuleitung 12 abgegebenen Öl ein Aerosol als Öl-Luftstrahl 14.
Die aus den Luftkanälen 13a und 13b abgegebene
Mantelsprühluft bildet die Sprühluftstrahlen 15a und 15b, welche dem aus dem Düsenzentrum abgegebenen Öl-Luftstrahl 14 seine Richtungsstabilität verleihen und somit einen präzisen Öl-Luftstrahl ermöglichen. Der Öl-Luftstrahl oder bei einem Sprühstoß abgegebene Sprühstrahl 3, 3a, 3b weist hierbei einen Öffnungswinkel ß > 1° auf. Als besonders vorteilhaft in Hinblick auf die lokale Verteilung des Öls auf dem Dorn hat sich ein Öffnungswinkel ß im Bereich von 3 bis 6° herausgestellt, siehe beispielsweise auch die
Darstellung der Figur 2a bezüglich des Öffnungswinkels ß . Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der
Öffnungswinkel 5°.
Der Öl-Gasstrahl 14 weist somit zwar fein verteilte
Ölpartikel 16 auf, gleichzeitig wird durch die
Mantelsprühluft 15a und 15b die Ausbreitung des Aerosols im Raum verhindert und die Bildung eines stabilen Öl- Luftstrahls 14 beziehungsweise Sprühstrahls 3, 3a, 3b ermöglicht. Somit kann auch mit geringen Ölmengen eine präzise, gleichmäßige und vollständige Benetzung des
Formwerkzeugs, beispielsweise einer Dornoberfläche, insbesondere der Kontaktoberfläche 18 mit Öl erfolgen.
Hierdurch ist es möglich, die pro Sprühtakt und Formschritt aufgebrachte Ölmengen auf unter 2 mg zu verringern, ohne dass die Schmierwirkung beim Umformprozess beeinträchtigt wird. Dies entspricht einer Verringerung der pro
Formschritt zugeführten Ölmenge im Vergleich zum Stand der Technik um mehr als zwei Größenordnungen. Neben einer
Einsparung von Öl führt dies zu einer geringeren
Verschmutzung der Produkte sowie der Prozessanlage, was wiederum geringere Ausfallzeiten, beispielsweise durch eine notwenige Reinigung der Anlage, zur Folge hat.
Die Verteilung des Öls auf dem Formwerkzeug 1 kann nochmals verbessert werden, wenn nach der Abgabe der definierten Ölmenge mit reiner Sprühluft nachgeblasen wird. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht daher vor, dass die
Sprühdüse 2, 2a, 2b nach Beendigung der Ölzufuhr jeweils reine Sprühluft nachbläst. In einem Ausführungsbeispiel wurden Fläschchen mit einem Volumen von 15 ml kontinuierlich an einem Rundläufer hergestellt. An der Anlage befanden sich mehrere
Formwerkzeuge, welche unter anderem auch zur Herstellung einer Fläschchen-Innenrille, welche im Verlauf dieser
Offenbarung auch als Nut bezeichnet wird, genutzt werden konnten. Das für die Minimalschmierung eingesetzte Öl besaß eine Viskosität bei 40°C von 200-240 mm/s und einen
Flammpunkt von >246°C. Jeder Dorn wurde mit jeweils zwei fest installierten Rundsprühdüsen mit einem festen
horizontalen Einsprüh- oder Sprühwinkel Oi von etwa 20° bei einem Abstand Dornoberfläche-Düsenspitze von 15 mm
geschmiert. Die pro Takt und Sprühstoß auf die Dorne aufgebrachten Ölmengen lagen zwischen 0,002-0,0002 g bei einer Sprühzeit von 0,14 s. Die Dorne wurden während des Prozesses aktiv und passiv auf Oberflächentemperaturen zwischen 190-280°C gekühlt.
Bevorzugt werden dabei die Sprühdüsen 2, 2a, 2b mit einem Korrekturfaktor, der die Raum- und/oder Düsentemperatur berücksichtigt, auf eine fixe Durchflussmenge
prozessabhängig kalibriert welche zwar abhängig vom
gewählten Maschinentakt, jedoch stets kleiner als 0,5 g/s war .
Durch die Temperaturmessung nahe der Düsen, beispielsweise mittels des Thermoelements 17, kann auch im Betrieb eine Korrektur bei erhöhter Temperatur für die Sprühdüsen berechnet und in der zugeordneten speicherprogrammierbaren Steuerung, PLC/SPS, umgesetzt werden. Es erfolgt hierbei eine temperaturabhängige Anpassung der Sprühdauer, welche sicherstellt, dass jeweils nur die angegebenen Mengen an Öl auf das innere Formwerkzeug 1, insbesondere auf die Form¬ oder Kontaktoberflächen 18 und vorzugsweise den Bereich 47 aufgesprüht werden. Das Verfahren kann auf verschiedene Schmiermittel umgesetzt werden und ist nicht nur auf ein bestimmtes Öl beschränkt.
Es hat sich dabei in überraschender Weise herausgestellt, dass eine Vielzahl von Ölen für die Zwecke der Erfindung verwendet werden kann, ohne dass dabei Einschränkungen bezüglich des erfindungsgemäßen Erfolgs hinzunehmen waren
Beispiele für derartige Öle und deren Eigenschaften zeigt die nachfolgende Tabelle 1: Tabelle 1
Öl Dichte bei 15°C [g/cm3] Viskosität [mm2/s] Flammpunkt [°C] bei 40°c bei 100°C
Typ 1 0,892 150,5 15,3 235
Typ 2 0, 843 155, 6 20 252
Typ 3 0,83 200-240 20-30 260
Dabei wurde das unter dem Handelsnahmen als Panolin HVP erhältliche Öl als Typ 1, Panolin Orcon Vitra als Typ 2 und GTI als Typ 3 verwendet.
Hierbei hat sich eine Öl- oder Schmiermittel- Bedeckungsschichtdicke zumindest der Flächen mit
Glaskontakt, somit der Kontaktoberfläche 18 und
vorzugsweise des Bereichs 47, von <750 ym als vorteilhaft erwiesen .
Dies entsprach bei einer der vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen etwa 0.1 g Panolin HVP. Hierbei hatte das innere Formwerkzeug, insbesondere der Dorn 1 eine Kontaktoberfläche 18 mit einer Größe von etwa typisch 0,1 cm2 bis 5 cm2
Die Erfinder gehen dabei sogar davon aus, dass bereits zumindest eine Molekül-Monologe des verwendeten Öls
ausreicht, um die hier beschriebenen Wirkungen zu erzielen. Eine besonders vorteilhaft eingestellte Sprühmenge
entsprach generell und unabhängig vom jeweiligen
Formwerkzeug einer Bedeckungsschichtdicke von <75 ym.
Diese Bedeckungschichtdicke lag beispielhaft bei ungefähr 1mg Öl pro Sprühstoß für die hier beschriebenen Dorne 1 vor.
Die bevorzugten Bedeckungschichtdicke umfassten bei allen verwendeten Formwerkzeugen, insbesondere dem inneren
Formwerkzeug, somit dem Dorn 1 bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen auch Schichtdicken mit nur einer, oder vorzugsweise nur bis 10 Monolagen der Moleküle des
aufgetragenen Öls.
Bei weiteren Ausführungsformen wies die
Bedeckungschichtdicke Schichtdicken von bis zu <750 ym, bevorzugt von bis zu <75 ym auf.
Beispielhaft ist diese Bedeckungschicht 45, welche sich jeweils vollflächig über der jeweiligen Formoberfläche, insbesondere Kontaktoberfläche 18 erstreckt auch Figur 4 zu entnehmen und stellt eine geschlossene Oberflächenschicht auf der jeweiligen Form- oder Kontaktoberfläche 18 bereit. Diese Bedeckungschicht 45 weist die vorstehend beschriebene Bedeckungschichtdicke Db auf, welche bei einer bevorzugten Ausführungsform innerhalb der vorstehend beschriebenen Grenzen von einer, bevorzugt bis zu zehn molekularen
Monolagen lag.
Aufgrund dieses sehr variablen Dickenbereichs Db der erfindungsgemäß verwendbaren Bedeckungsschichten stellten die Erfinder in höchst überraschender Weise fest, dass hierbei auch die jeweilige Größe der Formoberfläche, insbesondere der Kontaktoberfläche 18 und der mit Öl bedeckte Bereich 47 des kegelstumpfförmigen Abschnitts 46 des inneren Formwerkzeugs oder Dorns 1 nur eine sehr untergeordnete Rolle spielte.
Vorteilhaft konnte dabei auch, insbesondere bei allen hier beschriebenen Ausführungsformen zumindest ein weiterer Bereich des inneren Formwerkzeugs, insbesondere des Dorns 1, in gleicher Weise mit dieser Bedeckungschicht 45, welche die vorstehend beschriebene Bedeckungschichtdicke Db aufwies, versehen werden, nämlich jeweils der Bereich 47, welcher sich ebenfalls als Form- oder Kontaktoberfläche zumindest teilweise von der jeweiligen Kontaktoberfläche 18 zur Spitze des kegelstumpfförmigen Abschnitts 46 des Dorns 1 erstreckte, jedoch nicht in allen Fällen die Spitze des Dorns 1 erreichen musste.
Dieser Bereich 47 des kegelstumpfförmigen Abschnitts 46 war dann ausreichend mit Öl beschichtet, wenn noch alle seine mit dem Glas des zu formenden Werkstücks 6 in Kontakt tretenden Bereiche die vorstehend beschriebene
Bedeckungssichtdicke Db aufwiesen. Da dieser Bereich 47 jedoch von dem jeweiligen inneren Durchmesser des
Werkstücks 6 vor seiner Formung abhängt, konnte folglich auch die Größe dieser Bereiche 47 jeweils dem zu formenden Werkstück so angepasst werden, dass das Werkstück 6 nur mit den mit Öl bedeckten Bereichen des Dorns 1 in Kontakt trat.
War der innere Durchmesser des Werkstücks 6 vor der Formung nur geringfügig kleiner als der Durchmesser D des Dorns 1 oder als der effektive äußere Durchmesser des Dorns 6, somit der, bei der Formung wirksame radiale Abstand der
Kontaktoberflächen 18 relativ zueinander, konnten auch die Bereiche 47 entsprechen klein werden.
Generell waren bei den bevorzugten Ausführungsformen die bei der Formung mit dem Glas des Werkstücks 6 in Kontakt tretenden Bereiche der jeweiligen Formoberfläche,
insbesondere der Kontaktoberfläche 18 sowie des Bereichs 47 des kegelstumpfförmigen Abschnitts 46 der Formwerkzeuge, insbesondere des inneren Formwerkzeugs, somit des Dorns 1 jeweils vollflächig mit einer das Öl umfassenden
Bedeckungsschicht 45 versehen. Diese Bedeckungsschicht wies dabei jeweils die vorstehend beschriebene
Bedeckungssichtdicke auf. In höchst überraschender Weise konnten die Erfinder dabei feststellen, dass es dadurch im Wesentlichen unerheblich wurde, welche Eigenschaften das Schmiermittel hatte, da mit den vorstehend beschriebenen temperaturabhängigen
Kalibrierungen, im Wesentlichen eine Entkopplung von der Ölmenge sowie von dessen Dichte, Viskosität und Volumen sowie der Größe des Formwerkzeuges stattfand, da höchst überraschend bereits eine vollflächig, insbesondere auf die Kontaktoberflächen 18 aufgetragene monomolekulare Ölschicht für die Zwecke der Erfindung ausreichte.
In der PLC/SPS sind Vergleichstabellen hinterlegt, in welchen zu jeder Temperatur und vorzugsweise zu dem jeweils verwendeten Öl, Zeiten und/oder zeitliche Intervalle hinterlegt sind, mittels welchen die jeweils aufgesprühten Mengen des Öls erfasst sind, welche zu den vorstehend beschriebenen Bedeckungsschichtdicken führen. Basierend auf diesen Tabellen werden jeweils zur aktuellen und
insbesondere mit dem Temperatursensor 17 gemessenen
Temperatur Zeiten oder zeitliche Intervalle zur Ansteuerung der Düsen 2, 2a, 2b, 10 vorgegeben, innerhalb welcher sichergestellt ist, dass die korrekte Menge an Öl zumindest auf die jeweiligen Form- oder Kontaktoberflächen
aufgebracht wird.
Nachfolgend wird auf Figur 6 Bezug genommen, welche eine Aufsicht auf eine Ausführungsform eines inneren
Formwerkzeugs, insbesondere Dorns 1 zeigt, bei welcher das innere Formwerkzeug 1 mittels einer Rastvorrichtung, insbesondere mittels eines Schnellspannstifts 31 an der zugeordneten Aufnahme 26 der Formstation 100 in seiner betriebsbereiten Stellung gehalten und passiv gekühlt ist.
In gleicher Weise wie vorstehend für den aktiv mit dessen Kühlkanälen 9a gekühlten Dorn 1 vorstehend beschrieben, kann auch die Aufnahme 26 mit deren Kühlkanal 34 von einem Kühlmedium, bevorzugt einer Kühlflüssigkeit durchspült oder durchströmt sein und gibt dabei der Pfeil 35 die
Strömungsrichtung des Kühlmediums, bevorzugt der
Kühlflüssigkeit an. Der Kühlkanal 34 ist in Figur 7 lediglich schematisch dargestellt, da sich dieser im
Inneren der Aufnahme 26 befindet und normalerweise in dieser Ansicht nicht sichtbar wäre. Sichtbar sind jedoch die dem Kühlkanal 34 zugeordneten Fluidanschlüsse 36 der Aufnahme 26.
Die Figuren 8 bis 10 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei welcher das innere Formwerkzeug, insbesondere der Dorn 1 mehrteilig, zumindest zweiteilig ausgeführt ist, und dessen effektiver äußerer Durchmesser mittels relativer Bewegung von zumindest zwei Hälften 37, 38 des inneren Formwerkzeugs, insbesondere des Dorns 1, einstellbar ist.
Figur 8 zeigt dabei eine Aufsicht auf die weitere
Ausführungsform des inneren Formwerkzeugs, insbesondere
Dorns 1, bei welcher das innere Formwerkzeug mittels einer Rastvorrichtung, insbesondere mittels dem Schnellspannstift 31 an der zugeordneten Aufnahme 26 der Formstation 100 in seiner betriebsbereiten Stellung gehalten und passiv gekühlt ist.
Die beiden Hälften 37, 38 des Dorns 1 sind jeweils an zugeordneten Armen 39, 40 gehalten, welche jeweils um ein zugeordnetes Schwenklager 41, 42 seitlich so verschwenkbar gehalten sind, dass hierdurch der Abstand der beiden
Hälften 37, 38 des Dorns 1 relativ zueinander einstellbar ist .
Durch eine Verschwenkung der Arme 39 und 40 kann der effektive äußere Durchmesser des Dorns 1 eingestellt werden, dies bedeutet, es kann der Abstand, insbesondere der radiale Abstand der Kontaktoberflächen 18, jeweils bezogen auf deren Längsachse relativ zueinander und somit deren für eine Formung wirksamer Durchmesser eingestellt werden . Im Arm 39 befindet sich, siehe beispielsweise Figur 10, eine vorzugsweise mit Feingewinde versehene Stellschraube 43, welche stirnseitig an einer im Arm 40 angeordneten Stellschraube 44, welche ebenfalls vorzugsweise mit einem Feingewinde versehen ist, wenn die Arme 39, 40 aufeinander zu verschwenkt sind, anliegt. Die Stellschraube 44 ist in gleicher Weise im Arm 40 angeordnet, wie die Stellschraube 43 im Arm 39. Mit diesen Stellschrauben 43, 44 lassen sich die bei der Formung wirksamen effektiven Außendurchmesser der Kontaktoberflächen 18 jeweils sehr präzise und
dauerbetriebsfest einstellen.
Ferner ist eine Nut 49 im inneren Formwerkzeug,
insbesondere im Dorn 1 und dessen beiden Hälften 37, 38 angeordnet, mittels welcher sich eine Uppen- oder
ringförmige umlaufende Erhebung in dem zu formenden
Werkstück 6 ausbilden lässt. Wird diese Nut 49 als
ringförmige Erhebung ausgebildet, kann hiermit eine
ringförmige Nut im Werkstück 6 ausgebildet werden. Hierzu werden zunächst die beiden Hälften 37, 38 aufeinander zu bewegt und verharren in dieser Stellung, bis der Dorn 1 mit diesen beiden Hälften in das Wertstück 6 zur dessen Formung eingebracht wurde. Danach können die beiden Hälften 37, 38 zur Formung etwas von einander weg geschwenkt werden, sodass hierbei die Kontur der Nut 49 oder einer
entsprechenden Erhebung in das zu formende Werkstück 6 übertragen wurde. Nach der Formung oder dem
Formungsprozess , welcher auch mehrere Formungsschritte mit zunehmender Beabstandung der Hälften 37, 38 umfassen kann, werden diese Hälften 37, 38 wieder aufeinander zu
verschwenkt und können den geformten Werkstück 6 entnommen oder aus diesem herausbewegt werden, ohne dass es dabei zu einer Schädigung oder Veränderung der geformten inneren Oberfläche des Werkstücks 6 kommt.
Figur 9 zeigt eine Ansicht der Aufnahme 26 des inneren Formwerkzeugs oder Dorns 1 der weiteren Ausführungsform von unten her gesehen bei welcher ein Kühlkanal 34 mit dessen Fluidanschlüssen 36 erkennbar ist, welcher in der Aufnahme 26 verläuft, wie es im Wesentlichen bereits unter
Bezugnahme auf Figur 7 beschrieben wurde.
Die Messung der Temperatur erfolgte - wie oben beschrieben - über in die Dorne 1 nahe der Oberfläche eingelötete
Thermoelemente 17. Die optische Überwachung der Fläschchen- Dimension zeigte dabei die stabile Produktion innerhalb der Produktspezifikationen. Nahezu keine Rauchentwicklung war während der Herstellung erkennbar, die Verschmutzung umliegender Anlagenbereiche war stark verringert. Die geschmierten und unterhalb des Flammpunkts des Öles
gekühlten Formwerkzeuge 1 wiesen auch nach langer
Anlagenlaufzeit von mehreren Stunden keine Rückstände von Ölverbrennungs- und Crackrückstanden auf. Bezugs zeichenliste
1 inneres Formwerkzeug, insbesondere Dorn
2 Sprühdüse
2a, b Sprühdüse
3 Sprühstrahl
3a, 3b Sprühstrahl
4 Abstand
5 Formwerkzeuge, insbesondere äußere Formwerkzeuge 5a b Formwerkzeuge, insbesondere äußere Formwerkzeuge
6 Werkstück, insbesondere aus Glas
6a innerer Kern des Dorns, insbesondere aus Kupfer bestehend
7 Pfeil zur Angabe der Bewegungsrichtung
8 Pfeil zur Angabe der Bewegung des Dorns und sowie des Werkstücks 6
9 Pfeil zur Angabe der Bewegung der Kühlflüssigkeit 9a Kühlkanal
10 Koaxial-Sprühdüse
IIa, b Luftkanäle
12 Ölzuleitung
13a, b Luftkanäle
14 Öl-Luftstrahl
15a, b Sprühluftstrahl
16 Ölpartikel
17 Thermoelement
18 Kontaktoberfläche
19 Pfeil zur Angabe der Blickrichtung
20 Einrichtung zum Erwärmen
21 Formgebungsfläche
22 Rollenhalterung
23 Öffnung am Kopf der Sprühdüse 2 24 Flamme der Einrichtung 20
25 innere Mantelfläche des Werkstücks 6
26 Aufnahme des inneren Formwerkzeugs, insbesondere des Dorns 1
27 Wärmeaustauschfläche des Dorns 1
28 zugeordneten Wärmeaustauschfläche der Aufnahme 26
29 den Kupferkern 6a umgebender weiterer Teil des
Dorns 1
30 Speicherprogrammierbare Steuerung
31 Schnellspannstift
34 Kühlkanal
35 Pfeil zur Darstellung der Strömungsrichtung
36 Fluidanschluss
37 Hälfte des zweiteiligen Dorns 1
38 Hälfte des zweiteiligen Dorns 1
39 Arm zur Halterung der Hälfte 37 des zweiteiligen
Dorns 1
40 Arm zur Halterung der Hälfte 38 des zweiteiligen
Dorns 1
41 Schwenklager
42 Schwenklager
43 Stellschraube
44 Stellschraube
45 Bedeckungsschicht
46 kegelstumpfförmiger Abschnitt des inneren
Formwerkzeugs oder Dorns 1
47 mit Öl bedeckter Bereich des kegelstumpfförmigen
Abschnitts des inneren Formwerkzeugs oder Dorns 1
49 Nut im inneren Formwerkzeug, insbesondere im
Dorn 1
50 Öl- und LuftZuleitung
51 Öl- und LuftZuleitung Versorgungseinrichtung für die Zufuhr von Öl und Luft
elektrisch ansteuerbares Ventil
elektrisch ansteuerbares Ventil
abgeflachter Bereich des inneren Formwerkzeugs oder Dorns 1
abgeflachter Bereich des inneren Formwerkzeugs oder Dorns 1

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Formen eines Werkstücks aus Glas mit zumindest folgenden Komponenten:
- einer Einrichtung zum Erwärmen des Werkstücks
- einer Formstation mit zumindest einem Formwerkzeug zum Formen des Werkstücks, wobei
- vorzugsweise das Formwerkzeug eine Wärmeableitung aufweist,
- wobei die Temperatur auf der Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs während des Formprozesses unterhalb von 300°C gehalten ist
- und zumindest eine Sprühdüse zum Aufbringen eines Öls als Schmiermittel auf die Oberfläche des
Formwerkzeugs, insbesondere auf eine Form- oder Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs, wobei die pro Formschritt und Auftrag abgegebene Ölmenge kleiner als 0,1 g einstellbar ist.
2. Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, bei
welcher die Formstation zumindest ein inneres und ein äußeres Formwerkzeug zum Formen der inneren und äußeren Mantelflächen des Werkstücks aufweist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei welcher das innere Formwerkzeug als Dorn ausgebildet ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüchen, bei welcher mittels der Sprühdüse das Öl in
Zwischentakten des Formprozesses auf die Oberfläche des Formwerkzeugs aufbringbar ist. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Sprühdüse derart ausgebildet ist, dass ein richtungsstabiler Öl-Gasstrahl gebildet wird und/oder die Sprühdüse in der Vorrichtung so
angeordnet ist, dass ein vertikaler Winkel γ zur
Dornoberfläche im Bereich von 0-60° und ein
horizontaler Winkel Oi zur Dornoberfläche im Bereich von -85° bis 85° liegt.
Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, bei welcher die Vorrichtung zum Formen eines rohrförmigen Werkstücks ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der laterale Abstand von der Sprühdüse zur Oberfläche des Formwerkzeugs 1 bis 50 mm, bevorzugt 10 bis 30 mm beträgt.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Sprühdüse eine koaxiale Sprühdüse ist und/oder der Öl-Gasstrahl einen Öffnungswinkel > 1°, bevorzugt im Bereich von 2 bis 10°, besonders bevorzugt 2 bis 6° aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Vorrichtung mehrere Sprühdüsen pro Dorn, bevorzugt zwei Sprühdüsen pro Dorn aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Sprühdüse oder die Sprühdüsen fest mit der Formstation verbunden sind. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, bei welcher die Sprühdüse oder die Sprühdüsen nicht stationär mit der Formstation verbunden sind und in den Zwischentakten des Formprozesses an den Dorn oder in dessen Nähe führbar sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die pro Formschritt und Auftrag
abgegebene Ölmenge < 0,01 g und bevorzugt < 0,005 g und besonders bevorzugt < 0,001 g ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Dauer des Sprühvorgangs < 0,5 s, bevorzugt < 0,3 s, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,2 s beträgt .
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Temperatur auf der Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs während des Formprozesses auf einen Wert von < 250°C, bevorzugt < 200°C einstellbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Temperatur der Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs, insbesondere die Kontaktoberfläche des Dorns, während des Formprozesses kleiner als die Verdampfungstemperatur und/oder als der Flammpunkt des verwendeten Öls, bevorzugt 10°C niedriger als die Verdampfungstemperatur und/oder als der Flammpunkt des verwendeten Öls ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das Formwerkzeug, bevorzugt das innere Formwerkzeug ein Material mit einer
Wärmeleitfähigkeit von zumindest 400 W/mK aufweist und/oder Kupfer enthält.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das innere Formwerkzeug, insbesondere der Dorn einen Kern aufweist, welcher ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von zumindest 400 W/mK aufweist und/oder Kupfer enthält .
18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das innere Formwerkzeug, insbesondere der Dorn in einer Aufnahme derart gehalten ist, dass diesem Wärme entziehbar und/oder zuführbar ist, insbesondere mittels einer Wärmeaustauschfläche des inneren
Formwerkzeugs, insbesondere Dorns, welche in direktem mechanischem Kontakt mit einer zugeordneten
Wärmeaustauschfläche der Aufnahme steht, Wärme
entziehbar und/oder zuführbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das innere Formwerkzeug, insbesondere der Dorn mittels einer Verriegelungsvorrichtung lösbar an der Aufnahme gehalten ist.
20. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das innere Formwerkzeug, insbesondere der Dorn mehrteilig, zumindest zweiteilig ausgeführt ist und dessen effektiver äußerer Durchmesser mittels
relativer Bewegung von zumindest zwei Hälften des inneren Formwerkzeugs, insbesondere des Dorns, einstellbar ist.
21. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das Formwerkzeug, bevorzugt das innere Formwerkzeug mit einem Kühlmedium, bevorzugt einer Kühlflüssigkeit durchspült ist.
22. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die bei der Formung mit dem Glas des Werkstücks in Kontakt tretenden Bereiche der jeweiligen Formoberfläche, insbesondere der
Kontaktoberfläche sowie vorzugsweise ein Bereich eines kegelstumpfförmigen Abschnitts des inneren Formwerkzeugs, somit des Dorns, jeweils vollflächig mit einer das Öl umfassenden Bedeckungsschicht versehbar sind.
23. Vorrichtung nach vorstehendem Anspruch, bei welcher die Bedeckungsschichtdicke der Bedeckungsschicht Werte von bis zu <750 ym, bevorzugt bis zu <75 ym aufweist und insbesondere bevorzugt die
Bedeckungsschicht nur eine oder nur bis zu zehn molekulare Monolagen des Öls umfasst.
24. Verfahren zum Formen eines Werkstücks aus Glas, vorzugsweise mit einer Minimalschmierung, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- Erwärmen des vorzugsweise rohrförmigen Werkstücks aus Glas bis zum Erweichen des Glases,
- Formen des Werkstücks mit einem Formwerkzeug, insbesondere mit einer Vorrichtung zum Formen eines Werkstücks aus Glas gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in einem Formungsschritt, wobei - die Temperatur der Kontaktoberfläche des
Formwerkzeugs mit dem Werkstück während des
Ausformens bei höchstens 300°C gehalten wird und
- zumindest die Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs mit einem Öl als Schmiermittel bedeckt wird, wobei
- das Öl vor dem Formprozess und/oder zwischen zwei Formprozessen, vorzugsweise mit zumindest einer
Sprühdüse, auf die Oberfläche des Formwerkzeugs aufgesprüht wird und wobei pro Formschritt weniger als 0,1 g Öl abgegeben werden.
Verfahren gemäß vorstehendem Anspruch, bei welchem die inneren und äußeren Mantelflächen des Werkstücks durch zumindest ein inneres und ein äußeres Formwerkzeug geformt oder ausgebildet werden und wobei bevorzugt das innere Formwerkzeug als Dorn ausgebildet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25, bei welchem durch die Sprühdüse Öl und Gas, insbesondere Luft, ausgestoßen wird, so dass ein richtungsstabiler Öl- Gasstrahl, bevorzugt ein richtungsstabiler Öl- Gasstrahl mit einem Öffnungswinkel > 1° gebildet wird .
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24, 25 oder 26, bei welchem die Sprühdüse so angeordnet wird, dass ein vertikaler Winkel γ zur Dornoberfläche im
Bereich von 0 bis 60° und ein horizontaler Winkel Oi zur Dornoberfläche im Bereich von -85° bis 85° liegt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 24 bis 27, bei welchem die pro Formschritt und Auftrag abgegebene Ölmenge < 0,005 g und bevorzugt < 0,001 g beträgt .
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 24 und 28, bei welchem die Dauer eines Sprühstoßes zum Aufsprühen oder Sprühen des Öls < 0,5 s, bevorzugt < 0,3 s und besonders bevorzugt 0,1 bis 0,2 s beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 24 bis 29, bei welchem die Temperatur der Form- oder Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs während des
Formprozesses < 250°C, bevorzugt < 200°C beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 24 bis 30, bei welchem die Temperatur der Form- oder Kontaktoberfläche des Formwerkzeugs während des
Formprozesses kleiner als die Verdampfungstemperatur und/oder als der Flammpunkt des verwendeten Öls, bevorzugt zumindest 10°C niedriger als die
Verdampfungstemperatur und/oder als der Flammpunkt des verwendeten Öls ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 24 bis 31, bei welchem dem inneren Formwerkzeug während des Formprozesses mittels Wärmeleitung durch
Festkörperkontakt Wärme zu oder abgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 24 bis 31, bei welchem das innere Formwerkzeug, insbesondere der Dorn während des Formprozesses mit einem
Kühlmedium, bevorzugt einer Kühlflüssigkeit
durchspült wird.
34. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 24 bis 33, bei welcher die bei der Formung mit dem Glas des Werkstücks in Kontakt tretenden Bereiche der jeweiligen Formoberfläche, insbesondere der
Kontaktoberfläche sowie vorzugsweise eine Bereich eines kegelstumpfförmigen Abschnitts des inneren Formwerkzeugs, somit des Dorns, jeweils vollflächig mit einer das Öl umfassenden Bedeckungsschicht versehen werden.
35. Verfahren nach vorstehendem Anspruch, bei welcher die Bedeckungsschichtdicke der Bedeckungsschicht Werte von bis zu <750 ym, bevorzugt bis zu <75 ym aufweist und insbesondere bevorzugt die Bedeckungsschicht nur eine oder nur bis zu zehn molekulare Monolagen des Öls umfasst.
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