DE1284581B - Verfahren zur Ausbildung glatter, massgenauer Aussenoberflaechen an Koerpern aus glasartigem Werkstoff - Google Patents

Description

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Zur Ausbildung von Außenoberflächen bestimm- ten Nachteile, wie hohe Gestehungskosten und aufter Abmessungen an Körpern aus glasartigem Werk- . gerauhte Glasoberfläche, aufzuweisen. Dieses Verstoff wurde vorgeschlagen, einen zunächst unter- fahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man den auf dimensionierten Formling in einer Form zu erhitzen eine Temperatur im unteren Verarbeitungsbereich und nach dem Erweichen unter Einwirkung von 5 erhitzten Körper oder Körperteil in das auf eine Fliehkraft, Gasdruck oder Druckwerkzeugen zur Temperatur im oberen Transformationsbereich des Expansion und damit zum Anliegen an der Form zu glasartigen Werkstoffes erhitzte Formwerkzeug einbringen (vgl. französische Patentschrift 1 046 513), führt und die zu kalibrierende Außenoberfläche des wobei es zur Kalibrierung von Glasrohren vorteilhaft Körpers auf der Abbildungsfläche des Formwerksein soll, das Erhitzen mittels einer außerhalb der io zeuges zum Aufliegen bringt und daß man den Kör-Form und durch diese hindurch wirkend wandernden per nach Abkühlung mindestens seiner äußeren Zone Wärmequelle vorzunehmen (vgl. deutsche Patent- auf eine im unteren Transformationsbereich oder schrift 360 350). ' " darunter liegende Temperatur dem Formwerkzeug

Die in dieser Weise erzielte Genauigkeit ist jedoch entnimmt.

nicht für alle Zwecke ausreichend. Wo Toleranzen 15 Die Vorformung des Körpers aus glasartigem in der Größenordnung von 0,001 mm eingehalten Werkstoff auf die angenäherten Sollmaße erfolgt werden müssen, erfolgte deshalb die letzte Form- nach einem der gebräuchlichen Warmverformungsgebung (Kalibrierung) in der Regel durch Schleifen, verfahren. Soweit es sich um rotationssymmetrische gegebenenfalls mit nachfolgendem Polieren. So wur- Körper handelt, geschieht sie z. B. durch Bearbeitung den z. B. Glasgeräte, welche zum Zusammenbau 20 des auf eine Temperatur im Bearbeitungsbereich erchemischer Apparate verwendet werden, wie Kolben, hitzten Körpers auf der Drehbank unter Verwendung Destillieraufsätze, Kühler, Stopfen, Hahnenkörper passend geformter Rollen. Dabei soll bereits eine und -kucken u. dgl., an den Verbindungsstellen durch möglichst gute Annäherung an die endgültigen Maße Schleifen mit genormten, meist konischen inneren angestrebt werden. Die" Toleranzen des Vorformlings und äußeren Paßflächen versehen, die ein lösbares 25 gegenüber den Sollmaßen sollen im allgemeinen in Zusammenstecken dieser Teile bei völliger Aus- der Größenordnung von 0,01 mm liegen, was mit wechselbarkeit gestatten. konventionellen Warmverfdrmungsverfahren eben

Das Schleifen von.Glas istjedoch verhältnismäßig noch erreichbar ist. In bestimmten Fällen sind etwas kostspielig, und die durch Schleifen auf die erf order- größere Abweichungen zulässig. So ist es möglich, liehe Präzision gebrachten Oberflächen weisen nicht 30 zur Kalibrierung von Hohlkörpern, die unmittelbar mehr die ursprüngliche Glätte der erstarrten Glas- nach Einführung in das. Formwerkzeug durch inneren oberfläche auf, sondern sind, falls nicht eine die Gasdruck, d. h. durch Blasen, etwas geweitet werden Kosten nochmals erhöhende Polieroperation an- können, von Vorformlingen auszugehen, die ein geschlossen wird, verhältnismäßig rauh. Dadurch 'Untermaß in der Größenordnung von 0,1mm aufsind sie dem Angriff verschiedener Chemikalien st^r- .35 weisen,· Die Außenoberfläche solcher Hohlkörper ker ausgesetzt, was z. B. bei der Einwirkung starker wird dann erst durch die Blasoperation auf der AbAlkalien auf die erwähnten Geräte zum Zusammen- bildungsfläche des Formwerkzeuges zum Aufliegen backen der einzelnen Teile führt; auch adsorbieren gebracht. ..

sie Fremdstoffe stärker als eine unverletzte Glas- Vor der Einführung des auf die angenäherten Solloberfläche, so daß oft eine einwandfreie Reinigung 40 maße vorgeformten ,.Körpers in das Formwerkzeug der Schliffflächen nach dem Gebrauch nicht mehr wird der Vorformling auf eine im unteren Verarbeimöglich ist. Konische Schliffflächen an Glashohl- tungsbereich des betreffenden glasartigen Werkstoffes körpern können außerdem nicht geometrisch genau liegende Temperatur erhitzt. Maßgeblich für den einerzeugt werden; durch Vibration und durch Unwucht zuhaltenden Temperaturbereich bzw. dessen obere infolge ungleichmäßiger Wandstärken des Glases 45. und untere Grenze ist, daß der Vorformling einerseits entstehen während des Schieifvorganges stets nur der 'genügend Eigenfestigkeit "Hat, um ohne Form-Rundform angenäherte Polygone. Diese Ungenauig- veränderung, z. B. durch Einwirkung der Schwerkeit gestattet die Diffusion von Gasen und führt fer- kraft, in das Formwerkzeug eingeführt zu werden, ner, zusammen mit der durch das Schleifen verur- andererseits aber genügende plastische Verformbarsachten Oberflächenrauhigkeit, häufig zum Fest- 50 'keit aufweist, -daß die gewünschte Kalibrierung ohne klemmen der Schliffteile. Zur Vermeidung dieser Ausbildung von Spannungen noch möglich ist und Übelstände werden die Schliffflächen vor dem Zu- beispielsweise ein mit geringem Untermaß eingeführsammenfügen gewöhnlich mit einem speziellen ter Hohlkörper durch inneren Gasüberdruck noch Schmier- und Dichtungsmittel,, zr. B. einem Vakuum-:· geringfügig expandiert und so zum Aufliegen auf der fett, überzogen. Dieses kann aber von in der Appa- 55 Abbildungsfläche· des Formwerkzeuges gebracht werratur enhaltenen Lösungsmitteln oder Lösungs- den kann. Dies trifft zu im unteren Verarbeitungsmitteldämpfen herausgelöst werden, womit seine bereich des betreffenden Werkstoffes, welcher einer Wirkung dahinfällt und das Reaktionsgut ver- dynamischen Zähigkeit von etwa 10⁶ bis 10⁸ Poise unreinigt wird. entspricht. Einer unerwünschten Formänderung des

Mit dem Verfahren nach der vorliegenden Er- 60 auf eine Temperatur in diesem Bereich erhitzten Vorfindung ist es nun möglich, an Körpern aus glas- formlings wird zweckmäßig auch durch entsprechende artigem Werkstoff durch Kalibrieren des auf die Anordnungen begegnet, z. B. durch Rotation des angenäherten Sollmaße vorgeformten Körpers oder waagerecht gehaltenen Vorformlings mindestens bis Körperteils in einem mit der erforderlichen Präzision nach seiner Einführung in das synchron drehende gearbeiteten Formwerkzeug glatte, maßgenaue 65 Formwerkzeug. Das Erhitzen des Körpers auf die Außenoberflächen auszubilden, welche hinsichtlich erforderliche Temperatur geschieht vorzugsweise im ihrer Präzision den bisher verwendeten Schliffflächen gleichen Arbeitsgang wie dessen Vorformung auf die mindestens ebenbürtig sind, ohne aber die angeführ- angenäherten Sollmaße. Erfolgt diese auf einer Dreh-

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bank, so ist gleichzeitig die Möglichkeit der er- Extremfall zum Bruch des Formlings oder zur bleiwähnten Rotation von erhitztem Vorformling und benden Deformation des Formwerkzeugs führen Formwerkzeug gegeben. kann. Ein derart festgeklemmter Formling kann ohne

Im Moment der Einführung des Vorformlings in Zerstörung nur durch Wiedererwärmen des Formdas Formwerkzeug soll letzteres auf eine Temperatur 5 Werkzeuges gelöst werden. Normalerweise wird aber im oberen Transformationsbereich des glasartigen die gewünschte Präzision auch ohne so starkes AbWerkstoffes erhitzt sein. Der gesamte Transfor- kühlen und Wiedererwärmen erreicht, so daß dieses mationsbereich entspricht definitionsgemäß einer Vorgehen eine unnötige Komplikation darstellt. Der dynamischen Zähigkeit im Bereiche von etwa 10¹² technisch und wirtschaftlich günstigste Augenblick bis 10¹⁵ Poise. Die obere Temperaturgrenze des io für das Ausfahren liegt in der Regel dann vor, wenn Formwerkzeuges ist dadurch gegeben, daß bei zu dieses mit einigem Kraftaufwand — allenfalls unter hoher Werkzeugtemperatur der Körper aus glas- Zuhilfenahme passender mechanischer Mittel — geartigem Werkstoff an der Abbildungsfläche des Form- rade noch möglich ist.

Werkzeugs anklebt, was die Ausbildung einer glatten, Das Formwerkzeug besteht vorzugsweise aus präzisen Oberfläche beeinträchtigt. Bei einer zu tiefen 15 einem Metall, das den auftretenden Ansprüchen Temperatur des Formwerkzeugs wird die gewünschte bezüglich Warmfestigkeit, Oxydationsbeständigkeit Abbildungsgenauigkeit ebenfalls nicht mehr erreicht, usw. zu genügen vermag. Geeignet sind z. B. Werkweil dann der Werkstoff nach seiner Berührung mit zeuge aus verchromtem Stahl, verchromtem Kupfer dem Formwerkzeug zu rasch erstarrt. sowie Speziallegierungen, wie Nimonic (Waren-

Soweit es sich um die Kalibrierung von Hohl- ao zeichen) und Inconel (Warenzeichen),
körpern handelt, weist der Vorformling zweckmäßig Die Absolutwerte der im erfindungsgemäßen Verein Untermaß in der Größenordnung von 0,1 mm auf fahren wesentlichen Temperaturen, die oben, wie und wird, nachdem er in plastischem Zustand in das üblich, als Funktion der dynamischen Zähigkeit erhitzte Formwerkzeug eingeführt wurde, durch Gas- (Viskosität) des glasartigen Werkstoffes angegeben druck zum Aufliegen auf der Abbildungsfläche des äs wurden, können den einschlägigen Tabellen und Formwerkzeuges gebracht. Hierzu genügt bei der Kurven entnommen werden. Beispielsweise liegt für genannten Toleranz und bei der angegebenen Tempe- das gebräuchliche Apparateglas DURAN 50 (Warenratur des glasartigen Werkstoffes ein innerer Über- zeichen) der Transformationsbereich zwischen etwa druck von etwa 1 bis 2 atü. Am einfachsten wird Luft 500 und 600° C, während der Verarbeitungsbereich als Druckgas verwendet, doch sind auch andere Gase so bei etwa 780° C beginnt.

anwendbar. Zur Erzeugung des benötigten Gas- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachdruckes ist es zweckmäßig, das eine Ende des Hohl- stehend an Hand der Zeichnung beschrieben, in welkörpers verschlossen zu halten und auf der anderen eher die F i g. 1 bis 4 vier Einzelschritte für die ErSeite eine Druckquelle anzuschließen. Beidseitig zeugung einer glatten, konischen Außenoberfläche offene, röhrenförmige Hohlkörper werden an ihrem 35 am Endabschnitt eines rotationssymmetrischen Hohlvorderen Ende zweckmäßig erst nach der Formung körpers aus Apparateglas »DURAN 50« darstellen, der Außenoberfläche geöffnet, z. B. durch Abschmel- während F i g. 5 einen in gleicher Weise herstellbaren zen oder Abschneiden der vorderen Glaskuppe. Hohlkörper mit kugelförmigem Endabschnitt zeigt.

Der Formling wird während einer gewissen Zeit, „ . . .
welche von Größe, Gestalt und Materialeigenschaften 40 e 1 s ρ 1 e
sowohl des Formlings als auch des Formwerkzeuges Das in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsabhängt und im Bereiche von etwa 10 bis beispiel zeigt, wie der Endabschnitt der Außenfläche 30 Sekunden liegt, im Formwerkzeug belassen. Dabei des in der F i g. 1 dargestellten zylindrischen Glasgibt er zufolge seiner höheren Temperatur Wärme an rohres 1 mit einer glatten Gleit- und Paßfläche verdas Werkzeug ab, welches in der Zone seiner Ab- 45 sehen wird.

bildungsfläche kurzzeitig eine höhere Temperatur an- Das in F i g. 1 dargestellte Rohr 1 wird hochpräzis nimmt, nach außen dagegen Wärme verliert und sich achsenzentrisch in einem drehbaren Futter eininsgesamt abkühlt. Diese Abkühlung kann gewünsch- gespannt, damit es während des ganzen Bearbeitungstenfalls durch ein Kühlsystem noch beschleunigt Vorganges um seine Längsachse gedreht werden kann, werden. Nachdem sich das Formwerkzeug (und mit 50 was zur Erzeugung qualitativ einwandfreier Produkte ihm auch mindestens die äußere Zone des Formlings) zweckmäßig ist. Man verschließt das vordere Rohrauf eine Temperatur im unteren Transformations- ende auf irgendeine an sich bekannte Weise, indem bereich des glasartigen Werkstoffes abgekühlt hat, man es z. B. zuschmilzt, wie das in F i g. 2 dargestellt wird der Formling aus dem Formwerkzeug aus- ist, wo die Schmelzstelle mit 1 α bezeichnet ist. Aisgefahren. Eine zu frühe Entnahme hat eine Beein- 55 dann gibt man dem Endabschnitt eine angenäherte trächtigung der angestrebten Präzision zur Folge, sei Gestalt, die gegenüber der endgültigen Form ein es, daß der Formling noch zu weich ist und durch die Untermaß in der Größenordnung von 0,1 mm aufmechanische Beanspruchung beim Ausfahren defor- weist. In F i g. 3 sind die für diesen Vorgang benötigmiert wird, oder daß der Abbildungsvorgang noch ten beiden Werkzeuge mit 2 und 3 bezeichnet. Bei nicht völlig abgeschlossen ist. Eine untere Tempe- 60 diesen Werkzeugen handelt es sich um Kohlen- oder raturgrenze für die Entnahme des Formlings kann Metallrollen, die um ihre Achsen 2 α bzw. 3 α frei dadurch gegeben sein, daß, da der Wärmeausdeh- drehbar gelagert sind. Diese Werkzeuge werden vornungskoeffizient des glasartigen Werkstoffes min- erst in die richtige Lage gebracht. Es wird also die destens unterhalb von dessen Transformationspunkt Rolle 2 so eingestellt, daß sie auf dem Glasrohr 1 in der Regel kleiner ist als derjenige des meist metal- 6g aufliegt, wogegen die Rolle 3 allmählich an das lischen Werkzeugmaterials, der Formling vom sich Rohr 1 herangeführt wird, während man dieses mit bei der weiteren Abkühlung stärker kontrahierenden der Acetylenflamme 4 erweicht, die man zwischen Formwerkzeug unlösbar festgeklemmt wird, was im den beiden Stellungen 4 und 4' hin- und herbewegt.

Gleichzeitig läßt man ins Rohrinnere sorgfältig dosiert Druckluft einströmen, bis der Rohrendabschnitt die in F i g. 3 dargestellte konische Form angenommen hat. Darauf führt man den vorgeformten und auf etwa 800° C erhitzten Endabschnitt Ib in die auf ungefähr 590° C vorgeheizte Form 5 ein, die z. B. aus Inconel (Warenzeichen) besteht. Diese Form ist wie die übrigen Werkzeuge drehbar und hochpräzis achsenzentrisch gelagert und läuft mit dem sich drehenden Glasrohr mit. Die äußere Oberfläche des vorgeformten Rohrteils wird durch erneut ins Rohr eingelassene Druckluft zum Aufliegen auf der Abbildungsfläche des Formwerkzeugs gebracht. Nach Abkühlung des Formwerkzeuges um etwa 50 bis 70° C, wozu etwa 20 Sekunden erforderlich sind, wird der Formling durch axialen Zug aus dem Formwerkzeug entnommen, nachdem der Druck auf Atmosphärendruck reduziert wurde. Gewünschtenfalls wird das Rohr durch Abschneiden oder Abschmelzen der Spitze geöffnet. Nach seiner völligen Abkühlung ao ist der Formling vollkommen entspannt; ein besonderes Tempern ist nicht erforderlich.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ausbildung glatter, maßgenauer Außenoberflächen an Körpern aus glasartigem Werkstoff durch Kalibrieren des auf die angenäherten Sollmaße vorgeformten Körpers oder Körperteils in einem mit der erforderlichen Präzision gearbeiteten Formwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß man den auf eine Temperatur im unteren Verarbeitungsbereich erhitzten Körper oder Körperteil in das auf eine Temperatur im oberen Transformationsbereich des glasartigen Werkstoffes erhitzte Formwerkzeug einführt und die zu kalibrierende Außenoberfläche des Körpers auf der Abbildungsfläche des Formwerkzeuges zum Aufliegen bringt und daß man den Körper nach Abkühlung mindestens seiner äußeren Zone auf eine im unteren Transformationsbereich oder darunterliegende Temperatur dem Formwerkzeug entnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Hohlkörpern den ein geringes Untermaß aufweisenden, erhitzten Vorformling nach Einführung in das Formwerkzeug durch inneren Gasdruck zum Aufliegen auf der Abbildungsfläche des Formwerkzeuges bringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als derjenige des glasartigen Werkstoffes unterhalb von dessen Transformationspunkt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Abkühlung und vor der Entnahme des Körpers das Formwerkzeug wieder erwärmt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen