DE102005021548B3

DE102005021548B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von hohlen Glaskörpern

Info

Publication number: DE102005021548B3
Application number: DE200510021548
Authority: DE
Inventors: Bernhard Jehle
Original assignee: ZME ELEKTRONIK RECYCLING GmbH
Current assignee: ZME ELEKTRONIK RECYCLING GmbH
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2025-05-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von hohlen Glaskörpern (1), insbesondere Glaskörpern (1) von Kathodenstrahlröhren-Geräten, die einen etwa konischen Bereich (8) und einen den konischen Bereich abschließenden Frontbereich (9) aufweisen, wobei eine Trennlinie (11) auf der Außenseite (3) oder auf der Innenseite (4) des Glaskörpers (1) wenigstens abschnittsweise erhitzt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die der erhitzten Seite gegenüberliegende Innen- (4) oder Außenseite (3) des Glaskörpers (1) durch Wasser (31) gekühlt wird, um entlang der Trennlinie (11) einen Temperaturgradienten über die Wand (2) des Glaskörpers (1) zu erhalten. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kathodenstrahlröhren-Geräte sind beispielsweise Fernsehgeräte oder Computerbildschirme, aber auch Oszilloskope. Die Kathodenstrahlröhre (oder auch „Braun'sche Röhre") hat eine Kathode, die einen Elektronenstrahl erzeugt. Durch eine Ablenkeinheit aus senkrecht zueinander stehenden und elektrisch geladenen Ablenkplatten wird der Elektronenstrahl auf einen bestimmten Punkt auf einer phosphoreszierenden Leuchtschicht gelenkt, um diesen Punkt zum Leuchten anzuregen.
Der Elektronenstrahl ist in einem hohlen Glaskörper gefangen. Dieser Glaskörper hat üblicherweise einen zylindrischen Abschnitt, in dem die Kathode und die Ablenkeinheit untergebracht sind. Zur Montage der Kathode und der Ablenkeinheit kann der zylindrische Abschnitt auf seiner Rückseite offen sein. An den zylindrischen Abschnitt schließt sich ein sich erweiternder, annähernd konischer bzw. pyramidenförmiger Bereich an, der schließlich durch einen etwa senkrecht zum Elektronenstrahl stehenden Frontbereich abgeschlossen wird. Die meist leicht konkave Innenseite des Frontbereichs ist mit der Leuchtschicht versehen, die z.B. durch einen Sprühprozess oder durch Fließbeschichten aufgebracht worden sein kann.
Bis auf den Frontbereich ist fast der gesamte Glaskörper aus bleihaltigem Glas gebildet. Das Blei hat die Aufgabe, den Raum außerhalb des Glaskörpers von Röntgenstrahlung abzuschirmen, die durch die Kathode und den Elektronenstrahl erzeugt wird.
Der Bleigehalt des Glases erschwert das Recycling der Kathodenstrahlröhren-Geräte. Würde die Kathodenstrahlröhre einfach zertrümmert, so würde sich das Bleiglas mit dem vorher nicht bleihaltigen Glas des Frontbereichs vermischen. Da die Entsorgung von Bleiglas jedoch aufwendig ist und durch die Vermischung die Menge an bleihaltigem Glasbruch steigen würde, würden sich die Entsorgungskosten deutlich erhöhen. Um dies zu verhindern, wurden Verfahren entwickelt, bei denen vor einem Zerkleinern des Materials der bleihaltige Teil des Glaskörpers vom nicht-bleihaltigen Frontbereich getrennt wird.

Ein solches Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der EP 1 402 556 B1 bekannt. Dort wird im Übergangsbereich zwischen dem Bleiglas und dem Frontbereich eine Sollbruchlinie oder Trennlinie erzeugt, indem entlang dieser Linie mittels eines punktförmig gebündelten Laserstrahls Material abgetragen und so eine Rille in den Glaskörper gezogen wird. Üblicherweise ist die Trennlinie zum Frontbereich hin leicht versetzt, um zu gewährleisten, dass der später abgetrennte Frontbereich tatsächlich bleifrei ist. Durch die Rille soll die Trennlinie so geschwächt werden, dass der Glaskörper an dieser Stelle bricht. Notfalls soll das Trennen dadurch unterstützt werden, dass auf den beiden Seiten der Rille, d.h. rechts und links neben der Rille, unterschiedliche Temperaturen erzeugt werden. Nachteilig an dem Verfahren der EP 1 402 556 B1 ist, dass sich in der Praxis gezeigt hat, dass sich das Trennen des Glaskörpers damit nicht zuverlässig durchführen lässt. Nicht getrennte Kathodenstrahlröhren müssen jedoch von Hand nachbearbeitet werden, was den Arbeitsaufwand erhöht und die entsprechenden Recycling-Anlagen unrentabel macht.

Ein anderes Verfahren ist aus der DE 39 01 842 C2 bekannt. Dort wird der Glaskörper entlang der gewünschten Trennlinie mittels einer mechanischen Trennscheibe abgesägt, z.B. mittels einer Diamant-Trennscheibe. Das hat jedoch den Nachteil, dass sich die Trennscheibe abnutzt, so dass sie gewartet und ggf. ersetzt werden muss.

Die DE 44 02 793 C1 beschreibt ein weiteres Verfahren zum Trennen von Glasröhren, bei dem jedoch nicht eine Trennlinie, sondern die gesamte Vorderfläche der Glasröhre gleichmäßig erhitzt wird, und zwar mittels eines heißen Wasserstrahls. Anschließend wird in einer zweiten Arbeitsstation ein Kühlmittelstrahl auf einen seitlichen Bereich auf der Außenseite der Röhre gelenkt.

Ein ähnliches Verfahren wird in der US 3,997,311 beschrieben. Dort wird die gesamte Vorderfläche der Glasröhre gleichmäßig in einem Wasserbad erhitzt, bevor zum Kühlen Wasser auf die Vorderfläche und ggf. auch auf Seitenbereiche der Glasröhre gesprüht wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das aus der EP 1 402 556 B1 bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, dass zum Zwecke einer möglichst weitgehenden Automatisierung des Recyclings die Zuverlässigkeit des Trennens deutlich erhöht wird. Zudem soll eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens zur Verfügung gestellt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 19.

Erfindungsgemäß wird entlang der Trennlinie (d.h. der gewünschten Sollbruchlinie) nur eine Seite des Glaskörpers erhitzt, d.h. die Außenseite oder die Innenseite. Die der erhitzten Seite gegenüberliegende Innen- oder Außenseite des Glaskörpers wird dann durch Wasser gekühlt, um entlang der Trennlinie einen Temperaturunterschied auf beiden Seiten des Glaskörpers, d.h. über die Dicke seiner Wand, zu erhalten. Dieser Temperaturunterschied sorgt dann für eine definierte, sichere Trennung des Glases entlang der gewünschten Linie.

Die Trennlinie kann sich dabei an jeder gewünschten Stelle befinden, beispielsweise auf dem Frontbereich oder im Übergangsbereich zwischen dem konischen Bereich und dem Frontbereich.

Um den Vorteil einer zuverlässigen Trennung zu erzielen, wendet sich die vorliegende Erfindung gleich in mehrfacher Hinsicht von der Lehre der EP 1 402 556 B1 ab. Zum einen schlägt sie vor, eine Trennung nicht primär durch eine Materialschwächung an einer Rille zu erzielen, sondern durch im Material durch einen Temperaturunterschied hervorgerufene Spannungen. Zweitens entsteht beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Temperaturunterschied nicht auf den unterschiedlichen Seiten einer Rille, sondern zwischen der Außen- und der Innenseite des Glaskörpers, d.h. im Inneren des Materials. Darüber hinaus wird beim erfindungsgemäßen Verfahren und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Wasser eingesetzt und damit ein Kühlmittel, vor dem die EP 1 402 556 B1 in ihrer Beschreibungseinleitung wegen der angeblich damit verbundenen Nachteile warnt. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt jedoch die große Wärmekapazität des Wassers und erreicht damit eine schnelle und drastische Kühlung, was die Zuverlässigkeit der Trennung deutlich erhöht.

Als vergleichsweise einfach zu handhabende Verfahren zum Erhitzen der Trennlinie bietet es sich an, dass das Erhitzen durch einen entlang der Trennlinie angelegten Glühdraht oder durch Einstrahlen von Laserstrahlung entlang der Trennlinie erfolgt.

Wird ein Laser zum Erhitzen verwendet, so kann vor dem Erhitzen der Trennlinie durch den Laser die Trennlinie durch ein mechanisches Anritzelement angeritzt werden. Dieses Anritzen kann auch unabhängig von dem erfindungsgemäßen Wasserkühlen dazu beitragen, das bekannte Trennverfahren hinsichtlich seiner Zuverlässigkeit zu erhöhen. Ein Anritzen war bisher nur vom Glühdrahterhitzen bekannt und wurde dort eingesetzt, um zur sicheren Anlage des Glühdrahtes eine Rille im Material zur Verfügung zu stellen. Diese Rille erscheint beim Lasererhitzen zunächst unnötig, weil keine Anlage des Werkzeuges am Werkstück erfolgen muss und das Anritzen daher nur zusätzliche Arbeit bedeutet. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass das Trennen durch Einstrahlung eines Laserstrahls deutlich zuverlässiger ist, wenn der Laserstrahl eine mechanisch vorgezogene Rille abfährt, möglicherweise wegen der dann bereits im Glas vorhandenen mechanischen Spannungen, die sich durch die thermischen Spannungen verstärken.

Als mechanisches Anritzelement kann beispielsweise ein Hartmetallstab oder eine Diamantspitze verwendet werden.

Vorteilhaft ist es, wenn das Anritzelement mindestens zwei parallele Rillen auf dem Glaskörper erzeugt. Fährt der Laserstrahl anschließend eine der Rillen ab und erzeugt damit die Sollbruchlinie, so begrenzen benachbarte Rillen etwaige Materialbrüche, die sich seitlich von der Sollbruchlinie fort entwickeln. Dadurch kann die Trennlinie des Glaskörpers noch besser auf den gewünschten Weg beschränkt werden.

Bevorzugt werden dabei zwei oder mehr Rillen gleichzeitig erzeugt, indem beispielsweise das Anritzelement über eine entsprechende Anzahl von nebeneinander liegenden Spitzen verfügt, die gemeinsam über den Glaskörper gefahren werden. Die Spitzen können gemeinsam oder auch separat voneinander gegen den Glaskörper angedrückt werden.

In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Trennlinie mittels eines Lasers erhitzt wird, wird während des Erhitzens durchgehend oder in vorbestimmten Intervallen die Temperatur der Trennlinie am Ort des Laserstrahls gemessen, und in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur ist mindestens ein Verfahrensparameter wie die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Laserstrahl und dem Glaskörper oder die Intensität der Laserstrahlung nachregelbar. Die Temperaturmessung hat den Vorteil, dass damit in Echtzeit die Information erhalten wird, ob das Material genügend stark erhitzt worden ist, so dass eine sichere Trennung erfolgt, ohne dass man sich lediglich auf frühere Erfahrungs- oder Schätzwerte verlassen muss. Vielmehr kann eine Steuerung das Verfahren in Echtzeit so nachregeln, dass die Trennlinie sicher auf die erforderliche Temperatur gebracht wird. Die Temperatur sollte dabei nach Möglichkeit berührungslos gemessen werden.

Zweckmäßig ist es, wenn die Trennlinie entlang des gesamten Umfanges des Glaskörpers erhitzt wird, weil dann entlang ihrer gesamten Länge gleich gute Bedingungen für den Trennvorgang vorliegen, insbesondere eine über die gesamte Länge der Trennlinie erhöhte Temperatur. Um das Verfahren zu beschleunigen, wäre es aber auch denkbar, nur einige nicht zusammenhängende Abschnitte der Trennlinie zu erhitzen.

Bevorzugt beginnt das Kühlen erst nach Abschluss des Erhitzens. Zu diesem Zeitpunkt hat die Trennlinie überall eine hohe Temperatur, so dass das Trennen an allen Stellen gleichzeitig erfolgen kann.

Günstig ist es, wenn das Erhitzen an einer Erhitz-Station und das Kühlen an einer Abkühl-Station durchgeführt wird und der zu bearbeitende Glaskörper zwischen dem Erhitzen und dem Abkühlen von der Erhitz-Station zu der Abkühl-Station transportiert wird. Dies erhöht die Leistungsfähigkeit der für das Verfahren verwendeten Anlage, weil während des Abkühlens und Trennens eines Glaskörpers bereits mit dem Erhitzen des nächsten begonnen werden kann. Auf diese Weise lassen sich Kapazitäten von 60, 80 oder sogar mehr bearbeiteten Geräten pro Stunde erreichen.

Um einen hohen Temperaturgradienten über die Glaswand zu erhalten und so eine sichere Trennung zu erreichen, sollte das zum Kühlen verwendete Wasser eine Temperatur von 0°C bis 25°C haben, vorzugsweise eine Temperatur von ca. 5°C bis ca. 20°C. Da das Herunterkühlen des Wasser unter die Umgebungstemperatur energieaufwändig ist, wäre eine Temperatur von 8°C bis 15°C ideal.

Ein enormer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn der Glaskörper auf seiner Außenseite erhitzt wird und die Innenseite des Glaskörpers durch Wasser gekühlt wird. Denn nun kann das Wasser eine Doppelfunktion erhalten, indem es nicht nur zum Erzeugen eines hohen Temperaturgradienten über die Wand des Glases dient, sondern zudem die Leuchtschicht auf der Innenseite des Frontbereichs vom Glas ablöst. Gegenüber herkömmlichen Verfahren wie dem der EP 1 402 556 B1 , bei dem die Leuchtschicht durch Druckluft weggeblasen wird, hat das erfindungsgemäßen Verfahren den Vorteil, dass das die Leuchtschicht ablösende Wasser das Material dieser Schicht sofort bindet. Wenn die gesundheitsschädlichen, phosphoreszierenden Stoffe der Schicht nicht in die Luft verwirbelt werden, so verbessert dies die Arbeitssicherheit für das die Anlage bedienende oder wartende Personal erheblich.

Zweckmäßigerweise kann für die Zufuhr des Wassers ein Düsenkopf in das Innere des Glaskörper eingeführt werden. Er erlaubt das gezielte Einbringen von Wasser, ohne dass der gesamte Glaskörper unter Wasser gesetzt werden muss, und erhöht so die Effizienz des Verfahrens.

Bevorzugt erzeugt der Düsen wenigstens einen auf die Trennlinie gerichteten Wasserstrahl. So wird das kühlende Wasser direkt an seinen Einsatzort gebracht, was das Verfahren beschleunigt. Es kann weiter dadurch beschleunigt werden, wenn mehrere gleichzeitig auf die Trennlinie gerichtete Strahlen vorgesehen sind.

Günstig ist es, wenn mindestens ein Wasserstrahl fächer-, konus- oder strahlförmig ist. Ein konusförmiger Strahl könnte im Idealfall sogar alle Orte auf der Trennlinie gleichzeitig treffen.

In einer Variante des Verfahrens ist mindestens ein Teil des Wassers auf die Innenseite des Frontbereichs des Glaskörpers gerichtet. Wenn dort der direkte Strahl von der Düse auftrifft, so kann er die Leuchtschicht besser ablösen.

Um eine gleichmäßige und idealerweise gleichzeitige Trennung entlang der Trennlinie zu bewirken, kann der Bereich der Trennlinie auf im Wesentlichen seiner gesamten Länge von Wasser gekühlt werden.

Dies kann beispielsweise mittels eines konusförmigen Wasserstrahls erreicht werden, oder dadurch, dass der Düsenkopf und/oder der Glaskörper während des Kühlens relativ zueinander rotieren.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens. Diese Vorrichtung umfasst eine Erhitz-Station zum Erhitzen des Glaskörpers auf wenigstens einem Abschnitt der Trennlinie, sowie eine Abkühl-Station zum Abkühlen des erhitzten Glaskörpers. Um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können, weist die Vorrichtung zudem Mittel zum Zuführen von Wasser an den Glaskörper in der Abkühl-Station auf.

Wie bereits vorstehend erläutert, kann als Mittel zum Zuführen von Wasser wenigstens ein Düsenkopf vorgesehen sein, um das Wasser gezielt an die gewünschte Stelle strahlen zu können.

Günstig ist es, wenn der Düsenkopf in den Glaskörper einfahrbar ist, weil dann der Weg zwischen dem Düsenkopf und der Stelle an der Innenseite des Glaskörpers, auf die der Wasserstrahl gerichtet wird, kurz wird. Dies beschleunigt das Verfahren und vermindert die benötigte Wassermenge. In einer verbesserten Variante der Vorrichtung ist die Tiefe, über die der Düsenkopf in den Glaskörper einfahrbar ist, variabel je nach Größe und Geometrie des zu bearbeitenden Glaskörpers einstell- oder steuerbar.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung Kühlelemente zum Kühlen des Wassers auf, um das Wasser unter die Umgebungstemperatur abzukühlen und so noch größere Temperaturgradienten erzeugen zu können.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist die Vorrichtung einen Laser zum Erhitzen des Glases und ein mechanisches Anritzelement auf, beispielsweise einen Hartmetallstab oder eine Diamantspitze, um die Linie, die der Laserstrahl auf dem Glas abfährt, vorher mechanisch anzuritzen. Auf diese Weise lässt sich der Glaskörper besonders sicher trennen.

Wie bereits oben erläutert, kann die Vorrichtung ferner einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Trennlinie sowie eine Steuerung zum Steuern wenigstens eines Verfahrensparameters aufweisen, um zum Zwecke einer möglichst zuverlässigen Trennung des Glaskörpers eine Verfahrenssteuerung in Echtzeit zu ermöglichen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1: einen Vertikalschnitt durch den Glaskörper einer Bildröhre,
2: eine Draufsicht auf eine schematisierte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
3: eine schematische Darstellung der Abkühl-Station der in 2 gezeigten Vorrichtung.
Gleiche Komponenten sind in allen Figuren durchgängig mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Schnitt durch einen hohlen Glaskörper 1 einer Kathodenstrahlröhre. Der Glaskörper 1 hat eine Wand 2 mit einer Außenseite 3 und einer Innenseite 4. In einem zylindrischen Abschnitt 5 des Glaskörpers sind eine Kathode 6 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls sowie eine Ablenkeinheit 7 untergebracht Sie besteht aus zwei Paaren elektrisch aufladbarer Platten, die durch das jeweils zwischen ihnen erzeugte elektrische Feld den Elektronenstrahl ablenken können.
Ein konischer Bereich 8 des Glaskörpers 2 schließt sich an den zylindrischen Bereich 5 an. Ausgehend vom Durchmesser des zylindrischen Bereichs 5 erweitert sich der Durchmesser des konischen Bereichs 8, bevor der Glaskörper durch einen auf der Innenseite 4 leicht konkaven und auf der Außenseite 3 leicht konvexen Frontbereich 9 abgeschlossen wird. Auf der konkaven Innenseite 4 des Frontbereichs 9 haftet eine phosphoreszierende Leuchtschicht 10. An dem Ort, an dem der Elektronenstrahl auf die Leuchtschicht 10 auftrifft, regt er diese zum Leuchten an.
Da das Glas des Glaskörpers 1 im zylindrischen Abschnitt 5 und im konischen Abschnitt 8 bleihaltig ist, müssen diese Abschnitte 5, 8 vom Frontbereich 9 getrennt werden, um die Gläser anschließend getrennt voneinander recyceln zu können. Dazu soll der Glaskörper 1 durch das erfindungsgemäße Verfahren entlang einer Trennlinie 11 durchtrennt werden. Die Trennlinie 11 ist hier unmittelbar am vorderen Ende des konischen Abschnittes 8 dargestellt; sie kann jedoch z.B. auch weiter nach vorne auf dem Frontbereich liegen.
Zu Beginn des Recycling-Verfahrens werden die elektrischen Komponenten 6, 7 vom Glaskörper 1 entfernt. Dazu werden sie durch eine bereits vorliegende Öffnung am rückseitigen Ende des zylindrischen Bereichs 5 entnommen, oder der zylindrische Bereich 5 wird zusammen mit den elektrischen Komponenten 6, 7 vom restlichen Glaskörper 8, 9 abgeschlagen. Dies kann von Hand oder automatisch erfolgen.
Nach dem Entfernen der Kathode 6 und der Ablenkeinheit 7 wird der Glaskörper 1 mit der Frontseite 9 nach unten in einer Vorrichtung 12 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer Beschickungs-Station 13 auf ein Förderband 14 gelegt, wie dies in der Draufsicht in 2 zu sehen ist. Das Förderband 14 kann Aufnahmeelemente (nicht gezeigt) zur Aufnahme je eines Glaskörpers 1 aufweisen, die einen Glaskörper 1 aufnehmen und festhalten, z.B. fest klammern.
Nach dem Beschicken des Förderbandes 14 mit einem Glaskörper 1 bewegt sich das Förderband 14 in Richtung des Pfeils P, bis der Glaskörper 1 eine Erhitz-Station 15 erreicht und das Förderband 14 anhält. An der Erhitz-Station 15 senkt sich zunächst von oben eine Haube 16 über den Glaskörper 1 und das Förderband 14, um den Glaskörper 1 während des Erhitzens gegenüber der Umgebung abzukapseln. Dies kann insbesondere erforderlich sein, um den Austritt von Laserstrahlung zu verhindern.
In der Erhitz-Station 15 kann das den Glaskörper 1 haltende Aufnahmeelement um eine senkrecht zur Ebene des Förderbandes 14 stehende Achse rotieren. Dabei rotiert der Glaskörper um seine eigene Symmetrieachse d.h. senkrecht zur Zeichenebene. Alternativ zur Rotation des Glaskörpers 1 wäre es auch denkbar, dass dieser seine Lage beibehält und statt dessen die nachfolgend beschriebenen Werkzeuge einen Weg um den Umfang des Glaskörpers 1 zurücklegen.
Während der Rotation des Glaskörpers 1 in der Richtung des Pfeils R wird ein mittels eines Vorspannelementes 17 (hier als Schraubenfeder dargestellt) vorgespanntes Anritzelement 18 gegen die Außenseite 3 des Glaskörpers 1 gedrückt, um dort auf der gewünschten Höhe der Trennlinie 11 eine Einritzung oder Rille zu erzeugen. Das Anritzelement 18 kann z.B. ein Hartmetallstab oder eine Diamantspitze sein. Es kann zudem eine zweite Spitze aufweisen, die oberhalb oder unterhalb der Trennlinie 11 und parallel dazu eine weitere Rille in den Glaskörper 1 einbringt.
Zum Erhitzen des Glaskörpers 1 entlang der Trennlinie 11 ist ein Laser 19 vorgesehen, beispielsweise ein CO₂-Laser. Der vom Laser 19 erzeugte Laserstrahl wird über eine gekapselte Strahlführung 20 in die Erhitz-Station 15 geleitet, wo er innerhalb der Haube 16 aus einem Laserkopf 21 austritt und mittels einer geeigneten Optik auf den Glaskörper 1 gerichtet wird. In 3 ist schematisch dargestellt, wie der Laserstrahl 22 aus dem Laserkopf 21 austritt und auf der Höhe der zu erzeugenden Trennlinie 11 auf den Glaskörper 1 trifft. Die Position des Laserkopfes 21 kann so regelbar sein, dass auch während der Rotation des Glaskörpers 1 stets ein konstanter Abstand zwischen dem Laserkopf 21 und der Wand 2 des Glaskörpers 1 beibehalten wird, damit der Laserstrahl 22 stets optimal fokussiert auf den Glaskörper 1 trifft. Darüber hinaus kann die Höhe des Laserkopfes 21 über dem Förderband 14 in Anpassung an verschiedene Glaskörpergrößen einstellbar sein.
Während seiner Rotation wird der Glaskörper 1 entlang der gewollten Trennlinie 11 durch den Laserstrahl 22 erhitzt. Da der Laserstrahl 22 auf die Außenseite 3 des Glaskörpers 1 auftrifft und Glas ein vergleichsweise schlechter Wärmeleiter ist, baut sich über die Wand 2 des Glaskörpers 1 ein Temperaturgradient zwischen der erhitzen Außenseite 3 und der kühleren Innenseite 4 auf. Er führt dazu, dass sich im Glas thermisch bedingte Spannungen bilden, die sich mit den ggf. durch das Anritzen erzeugten Spannungen verstärken können.
Sobald die Trennlinie 11 auf ihrer vollen Länge, d. h. über den gesamten Außenumfang des Glaskörpers 1, erhitzt worden ist, wird die Haube 16 geöffnet. Das Förderband 14 bewegt sich abermals in der Richtung P. Dabei transportiert es einen an der Beschickungsstation 13 auf das Förderband 14 gelegten, neuen Glaskörper 1 in die Erhitz-Station 15. Gleichzeitig wird der bereits erhitzte Glaskörper 1 weiter transportiert zu einer Abkühl-Station 23.
Die Abkühl-Station 23 weist eine Zuführeinrichtung 24 für Wasser auf, beispielsweise eine Wasserleitung, die Wasser von einem Wassertank 25 an die Abkühlstation 23 heranführt. Entlang der Zuführeinrichtung 24 sind Kühlelemente 26 vorgesehen, um das an die Abkühlstation 23 transportierte Wasser auf eine gewünschte Temperatur zu kühlen, beispielsweise auf 5°C bis 15°C. Entsprechend können auch bereits an oder in dem Wassertank 25 Kühlelemente 26 vorgesehen sein, um das Wasser schon im Wassertank zu kühlen.
An der Abkühl-Station 23 wird ein mit der Zuführeinrichtung 24 verbundener Düsenkopf 27 in das Innere des Glaskörpers 1 hinein abgesenkt, wie dies genauer in 3 zu erkennen ist. Dort ist nur zur Erläuterung schematisch noch einmal der Laserkopf 21 gezeigt, um seine Stellung relativ zum Glaskörper 1 in der Erhitz-Station 15 zu veranschaulichen. In der Abkühl-Station 23 hingegen liegt ein Laserkopf 21 nicht mehr vor.
Auf Grund des einleitenden Entfernens der elektrischen Komponenten 6,7 aus dem Glaskörper 1 befindet sich an dem rückwärtigen bzw. oberen Ende des zylindrischen Bereichs 5 eine Öffnung 28. Durch diese Öffnung 28 wird der höhenverstellbare Düsenkopf 27 in das Innere des Glaskörpers 1 abgesenkt, sobald der Glaskörper 1 seine Ruheposition in der Abkühl-Station 23 eingenommen hat. Zur Höhenverstellbarkeit des Düsenkopfes 27 kann der vertikale Abschnitt 29 der Zuführeinrichtung 24z. B. als Teleskoprohr ausgebildet sein.
Hat der Düsenkopf 27 die in 3 gezeigte Stellung eingenommen, so sorgt eine Steuerung (nicht gezeigt) für die Zufuhr von Wasser über die Zuführeinrichtung 24. Der Düsenkopf 27 weist mehrere Düsenöffnungen 30 auf, die das den Düsenkopf 27 verlassende Wasser zu Wasserstrahlen 31, 32 bündeln.
Zwei seitlich gerichtete Wasserstrahlen 31 treffen auf der Innenseite 4 des Glaskörpers 1 in einer Höhe auf, die der Höhe der Trennlinie 11 entspricht. Wegen der vergleichsweise großen Wärmekapazität des Wassers kühlt dieses die Innenseite 4 des Glaskörpers 1 schnell ab. Bei diesem „Abschrecken" wird über die Wand 2 des Glaskörpers 1 zwischen der erhitzten Außenseite 3 und der abgekühlten Innenseite 4 ein Temperaturgradient erzeugt, der um so größer ist, je stärker das Wasser durch die Kühlelemente 26 vorher heruntergekühlt wurde. Das „Abschrecken" erzeugt dabei so starke Spannungen in der Wand 2, dass sich entlang der Trennlinie 11 ein Sprung bildet und das Glas an dieser Stelle bricht. Damit ist die Trennung des Glaskörpers 1 an der gewünschten Linie 11 vollzogen.
Der Düsenkopf 27 kann mehr als eine oder zwei seitliche Düsenöffnungen 30 haben, damit mehr Wasserstrahlen 31 gleichzeitig auf die Trennlinie 11 auftreffen und diese so auch gleichzeitig „abschrecken" können, was zu einer Beschleunigung des Verfahrens und einer noch zuverlässigeren Trennung führt. Dies kann so weit gehen, dass der Düsenkopf 27 einen konusförmigen Wasserstrahl 31 erzeugt, so dass die in 3 gezeigten Wasserstrahlen 31 dann nur Schnitte durch diesen Wasser-Konus wären. Auf diese Weise könnte das Wasser tatsächlich alle Orte entlang der Trennlinie 11 simultan erfassen. Alternativ wäre es auch denkbar, dass der einzelne Wasserstrahlen 31 erzeugende Düsenkopf 27 um seine vertikale Achse rotiert, so dass die Wasserstrahlen 31 nacheinander alle Orte entlang der Trennlinie 11 abtasten.
Ein mittlerer Wasserstrahl 32 ist auf den Frontbereich 9 des Glaskörpers 1 gerichtet. Erlöst dort die Leuchtschicht 10 vom Glaskörper 1 ab und bindet das abgelöste Material der Leuchtschicht 10. Ggf. könnte das Wasser mit chemischen Zusätzen versehen sein, die das Binden des Leuchtschichtmaterials im Wasser unterstützen. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt hier darin, dass das Material der Leuchtschicht 10 nicht – wie beim Ablösen durch einen Sand- oder Druckluftstrahl – in die Umgebungsluft verwirbelt wird.
Nach dem „Abschrecken" des Glaskörpers 1 ist dieser entlang seiner Trennlinie 11 getrennt. Wird der Glaskörper 1 nach dem Entfernen des Düsenkopfs 27 aus seinem Inneren angekippt, was noch in der Abkühl-Station 23 oder in einer nachfolgenden Bearbeitungsstation geschehen kann, so löst sich der konusförmige Bereich 8 des Glaskörpers 1 oberhalb eines bestimmten Kippwinkels von selbst vom weiterhin festgehaltenen Frontbereich 9. Das bleihaltige Glas des Konus 8 ist nun vom bleifreien Glas des Frontbereichs 9 separiert, so dass beide Glassorten getrennt voneinander weiterbehandelt werden können.
Wird der Frontbereich weit genug gekippt, beispielsweise sogar um 180° über Kopf gekippt, so fließt das in ihm angesammelte Wasser heraus und nimmt dabei das Material der Leuchtschicht 10 mit. Es wäre möglich, diesen Prozess noch durch Einstrahlen eines weiteren Wasserstrahls zu unterstützen.
Ausgehend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 12 auf vielfache Weise abgewandelt werden.
Es wurde bereits erwähnt, dass an der Erhitz-Station 15 ein Sensor zum Überwachen des Erhitzens vorgesehen sein kann, beispielsweise ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Trennlinie. Er kann mit einer Steuerung zusammenwirken, die einen Verfahrensparameter verändert, wenn eine Abweichung der gemessenen Temperatur von einer Zieltemperatur festgestellt wird. Dieser regelbare Verfahrensparameter kann z. B. die Laserleistung, der Abstand zwischen Laserkopf 21 und Glaskörper 1 oder auch die Rotationsgeschwindigkeit des Glaskörpers 1 sein, wobei letztere die Relativgeschwindigkeit zwischen Laserstrahl 22 und Glaskörper 1 festlegt.
Ebenfalls erwähnt wurde, dass zum Erhitzen auch ein Glühdraht verwendet werden kann, auf das Vorritzen verzichtet werden kann oder der Düsenkopf 27 auf unterschiedliche Weise gestaltet sein kann.
Das Abkühlen kann auch bereits in der Erhitz-Station 15 durchgeführt werden, wodurch die Notwendigkeit für eine separate Abkühl-Station 23 entfällt. Zwei getrennte Stationen 15, 23 haben jedoch den Vorteil, dass zwei Glaskörper 1 gleichzeitig behandelt werden können, so dass die Zahl der pro Stunde bearbeiteten Glaskörper steigt.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten von hohlen Glaskörpern (1), insbesondere Glaskörpern (1) von Kathodenstrahlröhren-Geräten, die einen annähernd konischen Bereich (8) und einen den konischen Bereich abschließenden Frontbereich (9) aufweisen, wobei eine Trennlinie (11) auf der Außenseite (3) oder auf der Innenseite (4) des Glaskörpers (1) wenigstens abschnittsweise erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die der erhitzten Seite gegenüberliegende Innen (4) oder Außenseite (3) des Glaskörpers (1) durch Wasser (31) gekühlt wird, um entlang der Trennlinie (11) einen Temperaturgradienten über die Wand (2) des Glaskörpers (1) zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen durch einen entlang der Trennlinie (11) angelegten Glühdraht oder durch Einstrahlen von Laserstrahlung (22) entlang der Trennlinie (11) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erhitzen der Trennlinie (11) mittels eines Lasers die Trennlinie (11) durch ein mechanisches Anritzelement (18) angeritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Anritzelement (18) ein Hartmetallstab oder eine Diamantspitze verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anritzelement (18) mindestens zwei parallele Rillen auf dem Glaskörper (1) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Rillen gleichzeitig erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlinie (11) mittels eines Lasers (19) erhitzt wird und dass während des Erhitzens durchgehend oder in vorbestimmten Intervallen die Temperatur der Trennlinie (11) am Ort des Laserstrahls gemessen wird, und dass in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur mindestens ein Verfahrensparameter wie die Relativge schwindigkeit zwischen dem Laserstrahl (22) und dem Glaskörper (1) oder die Intensität der Laserstrahlung (22) nachregelbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlinie (11) entlang des gesamten Umfanges des Glaskörpers (1) erhitzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlen erst nach Abschluss des Erhitzens beginnt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen an einer Erhitz-Station (15) und das Kühlen an einer Abkühl-Station (23) durchgeführt wird und der zu bearbeitende Glaskörper (1) zwischen dem Erhitzen und dem Abkühlen von der Erhitz-Station (15) zu der Abkühl-Station (23) transportiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Kühlen verwendete Wasser eine Temperatur von 0°C bis 25°C hat, vorzugsweise eine Temperatur von ca. 5°C bis ca. 20°C.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaskörper (1) auf seiner Außenseite (3) erhitzt wird und die Innenseite (4) des Glaskörpers (1) durch Wasser gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zufuhr des Wassers ein Düsenkopf (27) in das Innere des Glaskörper (1) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (27) wenigstens einen auf die Trennlinie (11) gerichteten Wasserstrahl (31) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wasserstrahl (31, 32) fächer-, konus- oder strahlförmig ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil (32) des Wassers auf die Innenseite (3) des Frontbereichs (9) des Glaskörpers (1) gerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Trennlinie (11) auf im Wesentlichen seiner gesamten Länge von Wasser gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (27) und/oder der Glaskörper (1) während des Kühlens relativ zueinander rotieren.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Erhitz-Station (15) zum Erhitzen des Glaskörpers (1) auf wenigstens einem Abschnitt der Trennlinie (11), sowie mit einer Abkühl-Station (23) zum Abkühlen des erhitzten Glaskörpers (1), gekennzeichnet durch Mittel (24, 27) zum Zuführen von Wasser an den Glaskörper (1) in der Abkühl-Station (23).
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum Zuführen von Wasser wenigstens ein Düsenkopf (27) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (27) in den Glaskörper (1) einfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie Kühlelemente (26) zum Kühlen des Wassers aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Trennlinie (11) sowie eine Steuerung zum Steuern wenigstens eines Verfahrensparameters aufweist.