DE1300640B

DE1300640B - Verfahren zum Kalibrieren der Aussenoberflaeche eines Koerpers aus glasartigem Werkstoff und/oder zum Vergueten eines solchen Koerpers und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1300640B
Application number: DE1966R0043704
Authority: DE
Inventors: Meyer Otto
Original assignee: RONOR AG
Current assignee: RONOR AG
Priority date: 1965-08-18
Filing date: 1966-07-15
Publication date: 1969-08-07
Also published as: BE685195A; SE329701B; DK108743C; CH458640A; JPS494046B1; GB1158914A; YU34265B; AT292939B; CS174752B2; ES330355A2; YU147466A; NL6611144A; GB1158913A

Description

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Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist ein Ver- angenäherten Sollmaße vorgeformten Körper oder fahren zur Ausbildung glatter, maßgenauer Außen- Körperteil, dessen Außenoberfläche auf der Abbiloberflächen an Körpern aus glasartigem Werkstoff dungsfläche eines matrizenförmigen, metallischen durch Kalibrieren des auf die angenäherten Sollmaße Formwerkzeuges aufliegt, zusammen mit dem Formvorgeformten Körpers oder Körperteils in einem mit 5 werkzeug von einer zwischen dem Transformationsder erforderlichen Präzision gearbeiteten Formwerk- bereich und dem Verarbeitungsbereich des glasartizeug, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den gen Werkstoffes liegenden Temperatur auf eine im auf eine Temperatur im unteren Verarbeitungsbereich Transformationsbereich oder darunterliegende Temerhitzten Körper oder Körperteil in das auf eine Tem- peatur abkühlt.

peratur im oberen Transformationsbereich des glas- io Weiterhin betrifft es eine Vorrichtung zur Durchartigen Werkstoffes erhitzte Formwerkzeug einführt führung des genannten Verfahrens, welche gekenn- und die zu kalibrierende Außenoberfläche des Kör- zeichnet ist durch ein matrizenförmiges, metallisches pers auf der Abbildungsfläche des Formwerkzeuges Formwerkzeug sowie durch Mittel zur Beheizung diezum Aufliegen bringt und daß man den Körper nach ses Werkzeuges und gegebenenfalls durch Mittel zum Abkühlung mindestens seiner äußeren Zone auf eine 15 Kühlen des Werkzeuges und/oder des darin enthalteim unteren Transformationsbereich oder darunter- nen Formlings.

liegende Temperatur dem Formwerkzeug entnimmt. Das genannte Verfahren geht von einem Zustand

Bei passender Anwendung dieser Methode erzielt aus, in welchem der zu kalibrierende bzw. zu verman eine mit Warmverformungsverfahren bisher gutende Formling mit seiner Außenoberfläche auf nicht erreichte Genauigkeit mit Abweichungen von 20 der Abbildungsfläche des Formwerkzeuges aufliegt, den Sollmaßen in der Größenordnung von nur wobei sowohl der Formling als auch das Formwerk-0,001 mm, während mit den sonst besten Verfahren zeug, zumindest in der Zone der gegenseitigen Beimmer noch Toleranzen in der Größenordnung von rührung, eine Temperatur im Zwischenbereich zwi-0,01 mm in Kauf genommen werden mußten, welche sehen dem Transformationsbereich und dem Verfür bestimmte Anwendungen zu groß waren. 25 arbeitungsbereich des glasartigen Materials auf-

Es wurde nun gefunden, daß man diesen über- weisen.

raschend genauen Kalibrierungseffekt ganz allgemein Ir_n Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung

dann erzielt, wenn man den auf die angenäherten _WM dieser Zustand dadurch erreicht, daß man den Sollmaße vorgeformten Körper oder Körperteil, des- auf eine Temperatur knapp oberhalb des genannten sen Außenoberfläche auf der Abbildungsfläche eines 30 Zwischenbereichs erhitzten Körper oder Körperteil matrizenartigen, metallischen Formwerkzeuges auf- j_n das auf eine Temperatur knapp unterhalb dieses liegt, zusammen mit dem Formwerkzeug von einer Zwischenbereichs erhitzte Werkzeug einführt, wobei zwischen dem Transformationsbereich und dem Ver- _nach der Kontaktnahme durch Temperaturausgleich arbeitungsbereich des glasartigen Werkstoffes liegen- Werkzeug und Formling eine Temperatur zwischen den Temperatur auf eine im Transformationsbereich 35 Verarbeitungsbereich und Transformationsbereich oder darunterliegende Temperatur abkühlt. annehmen. Diese Ausführungsweise ist besonders

Es hat sich ferner gezeigt, daß die genannten Be- dann angezeigt, wenn ein hohlkörperartiger Formdingungen nicht nur geeignet sind, um an vorgeform- ling durch inneren Gasdruck auf der Abbildungsten Körpern aus glasartigem Werkstoff eine Kalibrie- fläche des Formwerkzeuges zum Aufliegen gebracht rung herbeizuführen, sondern daß sich auf die an- 40 werden soll. Wie sich herausgestellt hat, wird der gegebene Weise — auch an Formungen von an sich Erfindungszweck aber auch dann erreicht, wenn der genügender Maßgenauigkeit — noch weitere Effekte erwähnte Ausgangszustand in anderer Weise herbeierzielen lassen, die zu einer Vergütung des Formlings geführt wird. So kann der Körper aus glasartigem führen, insbesondere durch sogenanntes Härten, Werkstoff im Augenblick, da seine Außenoberfläche durch Ausgleich vorhandener unerwünschter Span- 45 auf der Abbildungsfläche des Formwerkzeuges zum nungen oder durch Einbringen vorbestimmter er- Aufliegen kommt, anstatt einer höheren, auch die wünschter Spannungen. gleiche oder eine tiefere Temperatur aufweisen als

Im Sinne dieser Methode läßt sich der Kalibrie- das vorerhitzte Formwerkzeug. Unter Umständen rungs- und/oder Vergütungseffekt in gewissen Fäl- braucht ferner das Formwerkzeug nicht vorerhitzt len mittels einer verhältnismäßig einfachen Vorrich- 50 zu werden, sondern kann zusammen mit dem Formtung erzielen, deren Hauptbestandteil ein heizbares ling ab Zimmertemperatur oder leicht erhöhter Tem- und gegebenenfalls auch kühlbares, matrizenartiges peratur auf die erforderliche, im Zwischenbereich Formwerkzeug ist, beispielsweise ein mit einem elek- zwischen dem Verarbeitungsbereich und dem Transtrisch erhitzbaren Draht umwickeltes, konisches formationsbereich des glasartigen Werkstoffes He-Rohr. Das Formwerkzeug besteht aus metallischem 55 gende Temperatur erhitzt werden. Material, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient grö- Wie immer der erwähnte Ausgangszustand herbei-

ßer ist als derjenige des zu bearbeitenden glasartigen geführt wird: für das Erreichen der gewünschten Werkstoffes und welches außerdem den auftretenden Effekte maßgeblich ist in allen Fällen die anschlie-Ansprüchen bezüglich Warmfestigkeit, Oxydations- ßende Phase der gemeinsamen Abkühlung des Formbeständigkeit usw. genügt. Geeignet sind z. B. Werk- 60 Werkzeuges und des darin enthaltenen, mit der zeuge aus verchromtem Stahl, verchromtem Kupfer Außenoberfläche auf der Abbildungsfläche des Formsowie aus Speziallegierungen wie »Nimonic« (Waren- Werkzeugs aufliegenden Formlings auf eine im Transzeichen) und »Inconel« (Warenzeichen). formationsbereich oder darunterliegende Temperatur. Demnach betrifft die vorliegende Erfindung ein Möglicherweise beruht der in dieser Abkühlungs-Verfahren zum Kalibrieren der Außenoberflächen 65 phase zustandekommende, überraschende Kalibrievon Körpern aus glasartigem Werkstoff und/oder rungs- und/oder Vergütungseffekt darauf, daß beim zum Vergüten von solchen Körpern, welches dadurch erwähnten Verfahren das sich abkühlende metallische gekennzeichnet ist, daß man den mindestens auf die Formwerkzeug zufolge seiner stärkeren Abkühlungs-

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kontraktion auf den von ihm umfaßten Formling zone praktisch momentan erfolgt, in entfernteren Zo-

einen Druck ausübt, wobei unter den angegebenen nen dagegen mit entsprechender Verzögerung.

Temperaturbedingungen die Viskosität des glasarti- Nach dem Verfahren der Hauptpatentanmeldung

gen Werkstoffes einen Bereich durchläuft, in wel- (Diagramm I) weist der Formling im Augenblick der

chem der Formling zwar schon genügend fest ist, 5 Kontaktnahme mit dem Formwerkzeug (zur Zeit

daß es zur Ausbildung eines Druckes überhaupt korn- Null) eine Temperatur im unteren Verarbeitungs-

men kann, jedoch noch so weit plastisch, daß unter bereich des verwendeten Werkstoffes auf, während

diesem Druck und in der verfügbaren Zeit gering- das Formwerkzeug auf eine Temperatur im oberen

fügige Verformungen noch möglich sind. Transformationsbereich des Werkstoffes erhitzt ist.

In Übereinstimmung mit dem oben definierten io Nach der Kontaktnahme kühlt sich der Formling Verfahren kommen — außer der bereits in der vorwiegend durch Wärmeabgabe an das Werkzeug Hauptpatentanmeldung erwähnten Verfahrens- verhältnismäßig rasch ab, während die Werkzeugweise — hauptsächlich die folgenden zwei weiteren temperatur entsprechend zunimmt, bis, zumindest in Ausführungsweisen in Betracht, die sich von jenem der Kontaktzone, der Temperaturausgleich eingetre-Verfahren gemeinsam dadurch unterscheiden, daß 15 ten ist. Anschließend tritt durch Wärmeabgabe an der Körper oder Körperteil aus glasartigem Werk- die Umgebung die entscheidende Phase der gemeinstoff bei der Einführung in das Formwerkzeug eine samen Abkühlung von Werkzeug und Formling ein, unterhalb des Verarbeitungsbereichs liegende Tempe- in welcher sich die Kalibrierung und/oder Vergütung ratur aufweist. Bei der einen Ausführungsweise wird vollzieht. Nach einer Abkühlung um etwa 50 bis mit vorgewärmtem Formwerkzeug gearbeitet, wäh- so 70° C (ab Ausgangstemperatur des Formwerkzeuges) rend bei der ändern das Formwerkzeug erst nach kann der kalibrierte Formling unmittelbar vor dem dem Einbringen des Formlings und mit diesem zu- gänzlichen Festklemmen entnommen werden. Der sammen auf die zur Durchführung des Verfahrens Moment der Entnahme ist in den Diagrammen als erforderliche Ausgangstemperatur gebracht wird. t_E angegeben. Da dieser Moment nicht leicht zu er-Diese letztere Ausführungsweise ist aus naheliegen- 25 fassen ist und bei vorzeitiger Entnahme der geden Gründen zur Behandlung zylindrischer oder wünschte Effekt nicht erreicht wird, ist es im allgeprismatischer Formlinge ungeeignet, eignet sich aber meinen zweckmäßig, die Abkühlung noch etwas weiebensogut wie die erstgenannte zum Kalibrieren bzw. terzutreiben und das Formwerkzeug anschließend Vergüten von Körpern mit sich einseitig verjüngen- wieder zu erhitzen, um die Entnahme des festsitzender Form, z. B. von Kegelstümpfen. 30 den Formlings zu ermöglichen. Letztere Methode ge-

Im folgenden werden die letztgenannten beiden langt in den Diagrammen II und III zur Darstellung. Ausführungsweisen an Hand von Temperatur-Zeit- Im Gegensatz zum oben beschriebenen Verfahren Diagrammen (s. Zeichnung Fig. 1, Diagramme II wird in der Ausführungsweise gemäß Diagramm II und III) näher erläutert und zur Verdeutlichung des der Formling nicht auf eine Temperatur im unteren Zusammenhanges mit dem Verfahren der Haupt- 35 Verarbeitungsbereich vorerhitzt. Er weist im Augenpatentanmeldung (Fig. 1, Diagramm I) verglichen. In blick der Einführung in das Formwerkzeug, d. h. zur diesen Diagrammen wird der Temperaturgang des Zeit Null, eine Temperatur von 350° C auf, die von Formwerkzeuges durch eine ausgezogene Linie, der- der vorangehenden Vorformung herrührt und ohne jenige des Formlings durch eine gestrichelte Linie weiteres auch etwas höher oder tiefer liegen könnte, dargestellt, wobei auf der Abszisse die Zeit (in Sekun- 40 z. B. bei Zimmertemperatur, falls sich die Kalibrieden) und auf der Ordinate die Temperatur (in Grad rung und/oder Vergütung nicht unmittelbar an die Celsius) aufgetragen sind. Auf der Temperaturachse Vorformung anschließt. Die Ausgangstemperatur des sind zwei Bereiche durch Schrägschraffur besonders Formwerkzeuges zur Zeit Null ist bei dieser Aushervorgehoben. Der untere (480 bis 600° C) ent- führungsweise so hoch bemessen, daß nach eingetrespricht viskositätsmäßig dem Transformatorenbereich, 45 tenem Temperaturausgleich Formling wie Werkzeug während bei 780° C der Verarbeitungsbereich be- etwa 670° C warm sind. Darauf folgt die Phase der ginnt. gemeinsamen Abkühlung von Formling und Form-

Zu beachten ist, daß die diesen Viskositätsberei- werkzeug bis auf 570° C, worauf durch Erhitzen des chen entsprechenden Temperaturbereiche von der Formwerkzeuges, und Kühlen des Formlings zur Zeit Glassorte abhängig sind und daß für jede Glassorte so t_E die Entnahme ermöglicht wird,
eine charakteristische Zuordnung gilt. In den vor- Von dieser Ausführungsweise unterscheidet sich liegenden Diagrammen wurde — im Sinne eines Bei- diejenige gemäß Diagramm III im wesentlichen daspiels — auf die Verhältnisse bei dem häufig ver- durch, daß im letzteren Fall der Formling schon vor wendeten Apparateglas »Duran 50« (Warenzeichen) dem Aufheizen des Formwerkzeuges in dieses einabgestellt. Im allgemeinen Fall sind im Sinne der 55 geführt und gemeinsam mit diesem erhitzt wird. Dar-Erfindung nicht die in den Diagrammen angegebe- gestellt ist der Fall, in welchem Formling und Formnen Temperaturwerte, sondern die auf die Viskosität werkzeug zur Zeit Null, d. h. bei der Kontaktnahme, bezogenen sogenannten typischen Bereiche maßgeb- Zimmertemperatur aufweisen. Bei fortlaufendem Belich (vgl. Merkblatt »Typische Temperaturen von trieb und unmittelbar vorausgehender Vorformung Glas« in der Zeitschrift »Glas- und Instrumenten- 60 können die Ausgangstemperaturen von Formling und Technik«, 7. Jahrgang 1963, Heft 12). Weiterhin ist Formwerkzeug natürlich auch etwas höher sein und zu berücksichtigen, daß die angegebenen Tempera- brauchen nicht von Anfang an übereinzustimmen, türen für das Formwerkzeug einerseits und für den Haben durch Aufheizen des Formwerkzeuges dieses Formling andererseits geschätzte Mittelwerte über und der Formling gemeinsam die Temperatur von den ganzen Querschnitt darstellen. Es versteht sich, 65 670° C erreicht, so erfolgt gemeinsame Abkühlung daß z. B. in der nachfolgend beschriebenen Ausfüh- um 100° C, worauf durch Wiederaufheizen des rungsweise der Temperaturausgleich nach der Ein- Werkzeuges und Kühlen des Formlings die Trennung führung des Formlings in der unmittelbaren Kontakt- zur Zeit t_£ ermöglicht wird.

Zur Durchführung der beiden letztbeschriebenen Ausführungsweisen eignet sich eine einfache Vorrichtung, wie sie im Sinne eines Beispiels in F i g. 2 der Zeichnung als Vorrichtung zum Kalibrieren und/oder Vergüten konischer Paßflächen am Endabschnitt von Glasrohren dargestellt ist. Das Formwerkzeug 1 ist hier als konische Hülse aus der Nickellegierung »Inconel« (Warenzeichen) ausgebildet, die auf einer zylindrischen Hülse 2 als Verlängerung aufsitzt. Letztere ist mit einer Bodenplatte 3 verbunden. Das Formwerkzeug 1 weist an der Außenwand eine Rille für eine Heizwendel 4 aus »Thermocoax Nc« (Warenzeichen) zur elektrischen Aufheizung des Formwerkzeuges auf. Zur Erzielung guter Kalibrierungsergebnisse ist eine regelmäßige Wärmeverteilung im Formwerkzeug 1 von Bedeutung, was durch konstante Ganghöhe der Heizwendel 4 erreicht wird und ferner dadurch, daß nicht die ganze beheizte Strecke, sondern nur deren mittlerer Teil zum Kalibrieren ausgenützt wird. Für bestimmte Zwecke kann auch eine unregelmäßige Wärmeverteilung erwünscht sein, z. B. wenn der kalibrierte Formling an einer Stelle eine geringfügige Bombierung (in der Größenordnung einiger 0,001 mm) aufweisen soll oder wenn beabsichtigt ist, in einem Formling eine Spannungszone (z. B. als Sollbruchstelle) zu erzeugen.

Die Heizwendel 4 wird durch die beiden Leitungen 5 gespeist. Zur Überwachung des Temperaturganges des Formwerkzeuges 1 ist an passender Stelle ein thermoelektrischer Wärmefühler 6 eingelassen. Über entsprechende (nicht dargestellte) Schaltungen können dessen Meßwerte zur automatischen Steuerung der Vorgänge — Ein- und Ausschalten des Heizstromes, Einbringen und Entnahme des Formlings — herangezogen werden.

Zur Beschleunigung der Abkühlung des Formwerkzeuges 1 ist eine ringförmige Leitung 7 mit gegen das Formwerkzeug 1 gerichteten Öffnungen vorgesehen, durch weiche Druckluft auf das Formwerkzeug 1 geblasen werden kann. Die Abluft entweicht durch im unteren Teil des Mantels 8 vorgesehene Löcher. Der Formling kann, sofern er hohl und durchgehend offen ist, ebenfalls mit Druckluft gekühlt werden, welche durch ein Loch in der Mitte der Bodenplatte 3 eintritt. Beim Formling 9 handelt es sich um den kegelstumpfförmigen Endabschnitt eines Glasrohres.

Beispiel

Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung erfolgt die Kalibrierung z. B. gemäß Diagramm III von F i g. 1 wie folgt:

Ein auf die angenäherten Sollmaße vorgeformter Formling, z. B. ein Glasrohr aus Apparateglas »Duran 50«, dessen konischer Endabschnitt 9 auf der Außenseite kalibriert werden soll, wird bei Zimmertemperatur von Hand oder automatisch vertikal von oben in das ebenfalls Zimmertemperatur aufweisende Formwerkzeug 1 gemäß F i g. 2 eingeführt. Dieses wird innerhalb 10 bis 15 Sekunden auf etwa 670° C erhitzt und darauf um etwa 100° C abkühlen gelassen, gewünschtenfalls unter Einblasen von Kühlluft durch die Leitung 7. Dann heizt man das Formwerkzeug erneut auf, unter gleichzeitiger Kühlung des Formlings, welcher nach wenigen Sekunden entnommen werden kann.

Die Vorformung des Formlings auf die angenäherten Sollmaße kann nach einem der gebräuchlichen Warmformungsverfahren erfolgen, z. B. durch Bearbeitung auf einer Drehbank unter Verwendung passend geformter Rollen, wobei Ausweitungen durch Einblasen von Druckluft oder durch Schleudern erzielt werden können. Dabei soll bereits eine möglichst gute Annäherung an die endgültigen Maße angestrebt werden. Die Toleranzen des Formlings gegenüber den Sollmaßen sollen im allgemeinen in der Größenordnung von 0,01 mm liegen, was mit gebräuchlichen Warmformungsverfahren eben noch erreichbar ist. Wenn größere Abweichungen vorliegen, kann die Kalibrierung auf die gewünschte Präzision unter Umständen stufenweise erreicht werden, indem das beanspruchte Verfahren, eventuell unter Verwendung verschiedener Formwerkzeuge, mehrmals nacheinander angewendet wird.

Der in das Formwerkzeug einzuführende Formling kann auch bereits die gewünschte Endpräzision aufweisen, wenn die erfindungsgemäße Bearbeitung nicht der Kalibrierung, sondern der Vergütung dient. Hierbei kann z. B. unter Anwendung eines etwas tieferen bzw. ausgedehnteren Abkühlungsbereichs, als in den Diagrammen der F i g. 1 angegeben, eine Härtung des Körpers aus glasartigem Material erzielt werden, oder es kann z. B. durch Anwendung einer lediglich ringförmigen Erhitzungszone — erzeugt durch einen Heizdraht mit nur einer einzigen Windung — eine Inhomogenität in den Körper aus glasartigem Material hineingebracht werden, welche z. B. als Sollbruchstelle wirken kann.

Das Aufheizen des Formwerkzeuges kann auch auf andere Weise als durch elektrische Widerstandsheizung erfolgen, z. B. durch eine Flamme oder auf induktivem Wege. Die Aufheiz- und Abkühlungszeiten können kürzer oder länger sein als in den Diagrammen der F i g. 1 angegeben, je nach Gestalt und Masse des bearbeiteten Formlings. Zum Beispiel wird ein Vollkörper im allgemeinen langsamere Aufheizung erfordern als ein Hohlkörper; auch wird seine Abkühlung länger dauern, zumal hier auch keine Kühlung von innen her durch Preßluft möglich ist. Zu beachten ist allgemein, daß der Temperaturgang (Größe und Geschwindigkeit der Temperaturänderungen) der Gestalt, der Masse und dem Werkstoff des Formlings sowie dem angestrebten Effekt angepaßt sein müssen. Nötigenfalls läßt sich die optimale und rationellste Arbeitsweise durch einige Vorversuche leicht ermitteln.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kalibrieren der Außenoberfläche eines Körpers aus glasartigem Werkstoff und/oder zum Vergüten eines solchen Körpers, bei dem die Außenoberfläche des mindestens auf die angenäherten Sollmaße vorgeformten Körpers oder Körperteils auf der Abbildungsfläche eines matrizenförmigen, metallischen Formwerkzeuges aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper oder Körperteil zusammen mit dem Formwerkzeug von einer zwischen dem Transformationsbereich und dem Verarbeitungsbereich des glasartigen Werkstoffes liegenden Temperatur auf eine im Transformationsbereich oder darunterliegende Temperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß der Körper oder Körperteil aus glasartigem Werkstoff bei der Einführung in das Formwerkzeug eine Temperatur unterhalb des Verarbeitungsbereichs aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug und der Körper oder Körperteil aus glasartigem Werkstoff je solche Ausgangstemperaturen aufweisen, daß nach Einführung des Körpers oder Körperteils eine zusätzliche Beheizung höchstens noch zur Entnahme des Körpers oder Körperteils erforderlich ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug mit dem darin befindlichen Körper oder Körperteil aus glasartigem Werkstoff auf die zwischen dem Transformationsbereich und dem Verarbeitungs-

bereich des glasartigen Werkstoffes liegende Temperatur aufgeheizt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Abkühlung von Formwerkzeug und Körper oder Körperteil aus glasartigem Werkstoff zur Erleichterung der Entnahme des letzteren das Formwerkzeug kurzzeitig aufgeheizt wird, gegebenenfalls unter gleichzeitiger Kühlung des Körpers oder Körperteils aus glasartigem Werkstoff.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein matrizenförmiges, metallisches Formwerkzeug sowie durch Mittel zur Beheizung dieses Werkzeuges und gegebenenfalls durch Mittel zum Kühlen des Werkzeuges und/oder des darin enthaltenen Formlings.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909532/205