專利名稱：用于支持激光的玻璃成形的工藝和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總體上，本發(fā)明涉及玻璃產(chǎn)品的生產(chǎn)。更具體的，本發(fā)明涉及通過支持激光的熱成形的優(yōu)選中空玻璃產(chǎn)品的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
錐體的成形加工是例如玻璃注射器的生產(chǎn)工藝的重要步驟。通常用于該目的的工藝?yán)没剂先紵骷訜岵ＡА鹘y(tǒng)的成形加工工藝包括多個連續(xù)的加熱和成形加工步驟，通過這些步驟，從管狀玻璃體開始達(dá)到期望的最終幾何形狀。通常使用的管狀玻璃的直徑在6毫米至11毫米之間的范圍。例如，根據(jù)DE 102005038764B3和DE 102006034878B3，其中在多個步驟中使用燃
燒器完成成形的裝置是公知的。這些裝置被設(shè)計為回轉(zhuǎn)臺。重復(fù)交替加熱和玻璃成形步驟是必要的，因為待成形的玻璃坯被成形工具冷卻， 使得在單個成形步驟中的成形至今還是不可能的。這樣的過程通常在轉(zhuǎn)位回轉(zhuǎn)臺機器上實現(xiàn)，因為這樣的裝備操作起來經(jīng)濟，并且具有節(jié)約空間的設(shè)計。例如，包括16或32個工位的回轉(zhuǎn)臺是為人熟知的。將成形加工工藝分解到各個工位導(dǎo)致多個可控變量或自由度，這些例如可以通過手工來調(diào)整處理來調(diào)整以提高整個工藝。然而，尤其是利用化石燃料燃燒器引入熱量時，存在很多自由度。在這種情況下，通常對于火焰和玻璃的狀態(tài)，或者溫度和其分布進(jìn)行視覺的評估是必要的。在各個工位的多個自由度或可調(diào)節(jié)的參數(shù)也允許通過玻璃成形過程中的中間步驟的不同組合和/或順序來執(zhí)行各種工藝工序，然而，這應(yīng)該最終導(dǎo)致同樣的結(jié)果。考慮到可調(diào)參數(shù)的多樣性以及工藝控制的尺度和/或可量測性的缺乏，裝備操作員的動作對于最終產(chǎn)品的質(zhì)量以及制造工藝的性能非常重要。即使除了在回轉(zhuǎn)臺機器上實施的成形加工工藝(其由于基本原理而相對成本較低)之外，能夠避免在昂貴的自動化功能上的額外投資，然而，生產(chǎn)依然極大地依賴于可用的有經(jīng)驗的并且經(jīng)過良好訓(xùn)練的操作人員。這導(dǎo)致生產(chǎn)成本方面顯著的人力成本。早在生產(chǎn)的啟動階段，在裝備中的所有相關(guān)開動元素中在成本上進(jìn)行很好的調(diào)整是必要的。因此，現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)臺機器包括多個夾具，例如16個甚至32個夾具，用于錐體成形。為此，通常，實現(xiàn)穩(wěn)定的工藝流程需要范圍從數(shù)小時到數(shù)天的時限(包括試車過程)。 此外，通常，甚至在生產(chǎn)期間，對于多個工位再調(diào)整也是必要的。另外，磨合(breaking-in)現(xiàn)象能夠?qū)τ谥圃旃に嚠a(chǎn)生影響。由于由燃燒器加熱裝備的部件導(dǎo)致的熱膨脹等，出現(xiàn)了磨合現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)備和成形工藝，通過該設(shè)備和工藝，可以極大的降低調(diào)整復(fù)雜性，并且提高生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性，同時至少維持生產(chǎn)的玻璃產(chǎn)品的相同的質(zhì)量。該目的通過獨立權(quán)利要求的主題得以實現(xiàn)。在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中提供本發(fā)明改進(jìn)的優(yōu)點。因此，本發(fā)明提供用于玻璃產(chǎn)品成形的設(shè)備，包括-用于局部加熱玻璃預(yù)制品的區(qū)域至高于其軟化點的裝置，以及-至少一個成形工具，用于成形由局部加熱的裝置加熱的玻璃預(yù)制品的區(qū)域的至少一個部分，其中用于局部加熱的裝置-包括激光器，-其中，提供旋轉(zhuǎn)裝置，以將成形工具和玻璃預(yù)制品相對于彼此進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并且其中-成形工具被設(shè)計為使得待成形的玻璃預(yù)制品的所述部分的表面區(qū)域不被成形工具覆蓋，其中所述激光器或者在激光器下游連接的透鏡系統(tǒng)被布置為使得在成形處理過程中，激光照射未被成形工具覆蓋的區(qū)域，并且其中，提供控制裝置以控制激光器，使得在成形期間至少有時玻璃預(yù)制品被激光加熱。為了加熱在所述設(shè)備中待成形的玻璃預(yù)制品的玻璃，使用發(fā)射具有一定波長的光的激光器，玻璃預(yù)制品的玻璃對于該波長的光至多部分透明，使得該光至少部分被玻璃吸收。能夠由該設(shè)備執(zhí)行的用于成形玻璃產(chǎn)品的工藝相應(yīng)地基于-加熱玻璃預(yù)制品的局部區(qū)域至高于其軟化點，并且-使用至少一個成形工具來成形由用于局部加熱的裝置加熱的玻璃預(yù)制品的區(qū)域的至少一個部分，其中，所述用于局部加熱的裝置-包括激光器，該激光器-發(fā)射具有一定波長的光，玻璃預(yù)制品的玻璃對于該波長的光至多部分透明，使得該光至少部分被玻璃吸收，并且其聚焦于玻璃預(yù)制品，-其中，通過旋轉(zhuǎn)裝置，所述成形工具和玻璃預(yù)制品相對于彼此旋轉(zhuǎn)，并且其中-成形工具被設(shè)計為使得待成形的玻璃預(yù)制品的所述部分的表面區(qū)域不被成形工具覆蓋，并且其中-所述激光器，或者所述激光器下游連接的透鏡系統(tǒng)被布置為使得在成形期間，激光不照射被成形工具覆蓋的區(qū)域，并且其中，通過控制裝置控制激光器，使得在成形處理期間至少有時玻璃預(yù)制品被激光加熱。通常，紅外激光器尤其適合用作所述激光器，因為通常光的透射從可見光譜范圍向紅外區(qū)域減小。激光的波長優(yōu)選地選為使得，待處理的玻璃制品的玻璃在該波長處具有至少300ΠΓ1的吸收系數(shù)，并且更優(yōu)選至少500ΠΓ1。在300ΠΓ1的吸收系數(shù)的情況下，在穿過具有Imm壁厚的玻璃管的壁時，激光功率的大約25%被吸收。在500ΠΓ1的吸收系數(shù)的情況下， 差不多大約光的60%被吸收，并且被用于加熱玻璃制品。為了形成注射器體，通常具有小于IkW輻射功率的激光器對于確保足夠快速地加熱玻璃產(chǎn)品來說是足夠的。為了維持成形處理期間的溫度，通常需要甚至更低的功率。為此，通常，小于200瓦的輻射功率是足夠的。照射功率的優(yōu)選范圍是30到100瓦之間。然而， 為了形成更大的玻璃制品，例如為了從具有20毫米或更大直徑的玻璃管形成玻璃制品，更大的功率可能可選地有利于確保快速加熱。通過示例，在本文中將提及用于藥瓶的瓶頸的成形，其中該藥瓶是從具有20至30毫米的直徑的玻璃管制成的。根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)，在成形處理之前的加熱階段期間，以第一功率操作激光器，并且在成形處理期間該功率降低到第二功率。第二功率優(yōu)選地至少低于第一功率四分之一。因為根據(jù)本發(fā)明，在玻璃預(yù)制品的受迫成形(forced forming)期間提供恒定的熱能，可以避免或者至少減少成形處理期間的冷卻。激光束優(yōu)選地在受迫成形開始之前照射， 直到受迫成形處理開始之后的某ー時間點。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，成形工具包括ー對輥，這對輥以如下方式布置這對輥中的輥在由旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)置為運動的玻璃預(yù)制品的表面滾動。然而，根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例，成形工具也可以不在玻璃預(yù)制品上滾動，而是使其在玻璃上滑動。特別地，適當(dāng)?shù)臐櫥瑒┗蛎撃┛梢杂糜谠撃康摹＞哂袧L動輥和具有滑動成形工具的這兩個實施例也能夠同時或連續(xù)地使用。例如，注射器體(或通道)的噴嘴 (或注射器錐體)的內(nèi)部成形可以通過滑動心軸來執(zhí)行，而注射器錐體的外部成形使用滾動輥來執(zhí)行。另外，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和エ藝優(yōu)選地用于形成中空(更特別地管狀)玻璃預(yù)制品。特別地，成形工具可以設(shè)計用于中空玻璃預(yù)制品的部分的壓縮，優(yōu)選地，徑向壓縮。例如，在從以玻璃管的方式成型加工的中空預(yù)制品形成注射器體的錐體吋，執(zhí)行這樣的壓縮。 但是，本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于管狀玻璃，也可以應(yīng)用于實心玻璃棒的成形。本發(fā)明不僅提供這樣的優(yōu)點在玻璃的受迫成形期間，之前由激光束加熱的玻璃預(yù)制品的冷卻可以得到補償。而且，與之前使用的燃燒器相比，激光輻射也提供了可以在時間上和位置上更精確更精細(xì)調(diào)整的優(yōu)點。因此，在本發(fā)明的改進(jìn)中，現(xiàn)在可以在時間上和位置上控制或調(diào)整激光器，使得沿著玻璃預(yù)制品的加熱部分設(shè)置預(yù)定的溫度曲線。為了根據(jù)所需的溫度曲線調(diào)整激光功率，在本發(fā)明簡單的改進(jìn)中，提供了透鏡系統(tǒng)，其連接到激光器下游，并且在待加熱的玻璃預(yù)制品的部分的內(nèi)部將激光功率分配到玻璃預(yù)制品上。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，這樣的透鏡系統(tǒng)可以包括光束擴展透鏡，其在至少ー個空間方向上擴展激光束。以這種方式，通常點狀的光束可以被變?yōu)樯刃喂馐撋刃喂馐丈涞讲ＡьA(yù)制品的狹長區(qū)域。激光功率分配的另ー個可替換的或額外的選擇包括，將激光束在待加熱或成形的玻璃預(yù)制品的部分上移動。這樣的移動可以例如通過適當(dāng)?shù)恼耒R(galvanometer) 來實現(xiàn)。還可以想到的是激光器包括旋轉(zhuǎn)或平移驅(qū)動器。與剛性透鏡系統(tǒng)相比，激光束的移動提供了適應(yīng)在成形處理之前和/或成形處理期間照射的激光功率分布的可能性。例如，在成形期間，在待成形的部分上的激光強度的空間分布可能是可取的，該分布不同于用于加熱的強度分布。例如，為了補償由成形工具導(dǎo)致的不均勻的冷卻，這樣的差異可能是可取的。在一個步驟的注射器錐體的形成期間，例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)沿軸向使用不均勻分布的輻射功率是有利的。這有助于避免或至少減少錐體向注射器體的柱狀管內(nèi)的壓縮。另ー方面， 當(dāng)使用化石燃料燃燒器吋，通常，實施在很大的表面區(qū)域上的均勻加熱，由此，柱狀管的區(qū)域也被加熱并變軟，使得錐體能夠在軸向壓縮進(jìn)注射器體的柱狀部分。沿旋轉(zhuǎn)軸的方向分布激光功率通常是便利的。通過轉(zhuǎn)動，熱能均勻地分布在待加熱玻璃預(yù)制品的部分的周圍，同時能夠沿軸線調(diào)整特定的溫度曲線。本發(fā)明也使得能夠?qū)χT如常見的用于注射器體生產(chǎn)的成形工具進(jìn)行完全不同的設(shè)計。如上所述，為此使用現(xiàn)有的包括16或32個エ位的回轉(zhuǎn)臺。成形處理從ー個エ位傳遞到另ーエ位，通過在多個步驟中成形工具的連續(xù)使用實現(xiàn)最終的形狀。加量在成形步驟期間施加，以便補償成形處理期間的溫度下降。因為根據(jù)本發(fā)明，加熱處理在成形處理期間發(fā)生，并且因此溫度下降能夠得到補償，所以根據(jù)本發(fā)明，能夠在單個工位執(zhí)行對待成形部分的整個熱成形處理。換言之，用于成形所述部分的所有成形工具用在一個成形工位中，在成形處理期間激光束加熱玻璃預(yù)制品，或者將其維持在期望的溫度。根據(jù)本發(fā)明的該實施例，因此，所述設(shè)備包括至少一個成形工位，其中，所述成形工位具有用于執(zhí)行所有熱成形步驟的所有成形工具，以在玻璃預(yù)制品的一部分上生產(chǎn)最終
女口
廣 PFt ο該特定實施例是基于本發(fā)明的一般設(shè)計，其通過使用激光器，將傳統(tǒng)成形的子步驟整合在幾個步驟中，理想的在一個步驟中。這成為可能，是因為在成形處理期間，由于功率及其位置/時間分布的良好的可控性，能夠?qū)⒓す饽芰恳约瓤勺冇挚稍佻F(xiàn)地良好定義的方式耦合進(jìn)玻璃。在本發(fā)明的實施例的改進(jìn)中，類似于從現(xiàn)有技術(shù)已知的裝置，也可以采用多個工位，在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的該實施例的改進(jìn)，工位執(zhí)行類似的成形步驟。以這種方式， 通過并行的、相同的成形處理，這種設(shè)備的生產(chǎn)能力相比于已知的裝置可以顯著地提高。即使使用單個工位，通常相比于具有傳統(tǒng)設(shè)計的包括16或32個工位的裝置，在速度方面也有相當(dāng)大的優(yōu)勢。使用傳統(tǒng)裝置，成形步驟所需時間典型地在大約2秒的范圍內(nèi)。 當(dāng)假設(shè)4個成形步驟，并且加入5至6個使用燃燒器的中間加熱步驟所需的時間，成形工藝總計的持續(xù)時間大約為20秒。相比之下，使用本發(fā)明，可以將成形持續(xù)時間限制到一個傳統(tǒng)成形步驟，或少數(shù)幾個這樣的步驟的持續(xù)時間。因此，成形處理能夠很容易地大幅加速。 例如在沒有加熱時間的情況下計算的成形玻璃預(yù)制品的部分所需的時間，優(yōu)選地共計少于 15秒，更優(yōu)選地少于10秒，更加優(yōu)選地少于5秒。在該工藝過程中調(diào)整激光功率也是有利的。特別地，相對于在成形處理之前的加熱階段期間的激光功率，在成形處理期間能夠降低照射的激光功率。根據(jù)本發(fā)明的另一改進(jìn)，為了對玻璃預(yù)制品設(shè)置預(yù)定溫度或者預(yù)定溫度/時間曲線，能夠通過在控制裝置中實現(xiàn)的控制處理，以及基于通過溫度測量裝置在成形處理之前和/或成形處理期間測量的玻璃預(yù)制品的溫度，來控制激光功率。在這種情況下，非接觸測量裝置尤其適合作為溫度測量裝置，諸如高溫計。通過這樣的控制，玻璃的溫度能夠穩(wěn)定在小于士20°C，通常甚至最大士 10°C的處理窗口中。


將在下文中基于示范性實施例并參考附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在附圖中，圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的元件。在附圖中圖1示出用于成形管狀玻璃的設(shè)備的部件，圖2示出玻璃預(yù)制品的透射譜，圖3是圖1所示的示范性實施例的變形。圖4示出另一個變形，圖5是根據(jù)沿玻璃預(yù)制品的軸向位置照射的激光功率的示意性曲線圖。圖6A至圖6F示出在成形工藝過程中的管狀玻璃的截面圖。圖7示出包括多個用于成形管狀玻璃的設(shè)備的成形系統(tǒng)，并且圖8是圖7所示成形系統(tǒng)的變形。
具體實施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行處理的設(shè)備1的示例性實施例。圖1中所示的示例性實施例的整體由附圖標(biāo)記1表示的設(shè)備被設(shè)計用于成形玻璃預(yù)制品以獲得玻璃管3。具體地，該設(shè)備用于生產(chǎn)玻璃注射器體，使用圖1中所示的設(shè)備1 的元件由玻璃管形成注射器體的錐體。通過設(shè)備1從管狀玻璃生產(chǎn)錐體，是基于玻璃管3的區(qū)域(這里，其端部30)局部加熱到軟化點以上以及使用至少ー個成形工具成形被加熱的端部的至少ー個部分而實現(xiàn)的，其中用于局部加熱的裝置包括發(fā)射具有下述波長的光的激光器5，對于所述波長，玻璃管3的玻璃至多部分透明，從而光在玻璃中被至少部分地吸收。為此目的，通過透鏡6將激光束50引導(dǎo)至玻璃管3。在成形處理過程中，成形工具7和玻璃預(yù)制品3借助于旋轉(zhuǎn)裝置 9相對于彼此旋轉(zhuǎn)。通常，在這種情況下方便的是，如在示出的實施例中那樣，以沿著玻璃管 3的軸向方向的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)玻璃管3。為此目的，旋轉(zhuǎn)裝置9包括具有保持玻璃管3的夾具 91的驅(qū)動器90。相反構(gòu)造也是可以想到的，其中玻璃管被保持并且成形工具7圍繞玻璃管旋轉(zhuǎn)。在圖1中所示的示例性實施例中，成形工具7包括兩個輥70、71，其沿著玻璃管3 的表面隨著玻璃管3的旋轉(zhuǎn)而滾動。在該情況下，通過在玻璃管3的徑向方向上將輥朝向彼此引導(dǎo)來壓縮玻璃管3的末端30。圖1中通過輥70、71的旋轉(zhuǎn)軸上的箭頭示出徑向移動。另外，心軸75設(shè)置為成形工具7的一部分。該心軸75在待成形的玻璃管3的末端30 處被插入到玻璃管3的開口中。借助于心軸75形成注射器體的錐形通道。心軸75能夠可旋轉(zhuǎn)地安裝以便與玻璃管3 —起旋轉(zhuǎn)。還可以允許旋轉(zhuǎn)的玻璃在靜止的心軸上滑動。為了避免粘附，通常的情況是成形工具在玻璃表面上滑動，優(yōu)選的是使用分離劑或者潤滑剤，其減少滑動移動過程中的摩擦。還可以使用在成形エ藝過程中所用的溫度下蒸發(fā)的潤滑剤。當(dāng)使用這樣的潤滑劑吋，有利的是，能夠避免潤滑劑和/或分離劑殘余在完成的玻璃產(chǎn)品上。在輥70、71之間，能夠在成形工具不中斷激光束50的情況下將激光束50引導(dǎo)到玻璃管上。因此，成形工具被設(shè)計為成形工具不覆蓋待成形的玻璃管的部分的表面區(qū)域，從而在成形處理期間，連接在激光器的下游的透鏡6將激光發(fā)送到?jīng)]有由成形工具覆蓋的區(qū)域上。具體地，激光照射玻璃管3的外周上的輥70、71之間的區(qū)域33。控制裝置13控制成形處理。特別地，通過控制裝置13控制激光器5使得在成形處理過程中至少有時通過激光加熱玻璃管3。圖1中所示的設(shè)備1的透鏡系統(tǒng)6包括偏轉(zhuǎn)鏡61以及柱狀透鏡63。柱狀透鏡63沿著玻璃管3的軸向方向擴展激光束50以獲得扇形光束51，從而由激光照射的區(qū)域33因此在玻璃管3的軸向方向上擴展。由于玻璃管3在由激光照射的同時旋轉(zhuǎn)，因此，照射功率分布在玻璃管的周向方向上，從而加熱柱形部分，或者與玻璃預(yù)制品的形狀無關(guān)地，通常在沿著旋轉(zhuǎn)軸的軸向方向上的部分。該部分具有優(yōu)選地至少與要成形的部分一祥大的長度。后者具有基本上由輥的寬度確定的長度。為了實現(xiàn)激光功率在玻璃管的軸向方向上的特定分布，作為柱狀透鏡63的替代或者補充，有利的是，可以使用衍射光學(xué)元件。
通過控制裝置13控制成形處理。尤其是，控制裝置控制激光的功率。還控制模制工具70、71、75的移動。還能夠控制旋轉(zhuǎn)裝置9 ；在該情況下控制驅(qū)動器90的旋轉(zhuǎn)速度，特別地，可選的是，還控制夾具91的開啟和關(guān)閉。當(dāng)從玻璃成形注射器體時，通常小于1千瓦的輻射功率足以使得激光器5確保快速加熱到軟化點。在到達(dá)熱成形所需的溫度之后，控制裝置1能夠向下調(diào)整激光器功率，從而照射的激光器功率僅對于冷卻進(jìn)行補償。通常30至100瓦特的功率足以生產(chǎn)注射器體。特別地能夠基于玻璃管3的溫度來控制激光功率。為此目的，可以在控制裝置13 中實施控制處理，所述控制裝置13基于由溫度測量裝置測量的溫度調(diào)節(jié)激光功率，以在玻璃預(yù)制品上設(shè)置預(yù)先確定的溫度或者預(yù)先確定的溫度/時間曲線。在圖1中所示的實施例中，設(shè)置高溫計作為溫度測量裝置，其測量通過激光器5加熱的玻璃管的末端31處的玻璃管的熱輻射。測量的值被饋送到控制裝置13，并且在控制處理中用于調(diào)整想要的溫度。在根據(jù)本發(fā)明的一個布置中特別有利的是，如圖1中的示例所示出的，激光不直接加熱成形工具。結(jié)果，與在使用通過燃燒器的預(yù)先加熱的傳統(tǒng)工藝中相比，盡管加熱玻璃預(yù)制品，但在成形處理過程中通常沒有很強地加熱成形工具。整體來說，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備產(chǎn)生更少的熱能，并且該熱被更加有意地引入玻璃預(yù)制品中。整個設(shè)備的加熱，并且因此， 尤其是由于熱膨脹導(dǎo)致的磨合現(xiàn)象能夠由此減少。用于生產(chǎn)注射器體的優(yōu)選玻璃是硼硅酸鹽玻璃。低堿硼硅酸鹽玻璃是特別優(yōu)選的，尤其是具有按重量計小于10%的堿含量的硼硅酸鹽玻璃。硼硅酸鹽玻璃由于典型的高抗溫度波動性而通常是非常適合的。這對于諸如能夠通過本發(fā)明實現(xiàn)的用于實施快速加熱步驟的快速處理時間來說是非常有利的。適合的低堿硼硅酸鹽玻璃具有按重量百分比計的下述成分Si0275wt. ！
B2O310. 5wt.
Al2O35wt. %
Na2O7wt. %
CaO1. 5wt.圖2示出玻璃的透射光譜。示出的透射值涉及一毫米的玻璃厚度。從圖2中能看出，玻璃的透射率在2. 5微米以上的波長處下降。在5微米以上，玻璃實際上是不透明的，即使玻璃的厚度非常薄。圖2中所示的2. 5微米以上的范圍內(nèi)的波長中的透射率的下降不顯著依賴于玻璃的具體成分。因此，在具有類似透射性質(zhì)的情況下，優(yōu)選的硼硅酸鹽玻璃的成分的上述含量在每種情況下可以相對于所述值變化25 %。此外，除了硼硅酸鹽玻璃之外，也可以使用其它玻璃，只要它們在激光的波長下是至多部分透明的。圖3示出圖1中所示的設(shè)備的變形。這里同樣地，如圖1中所示的示例那樣，透鏡系統(tǒng)6被設(shè)置為連接在激光器5的下游，并且在要加熱的玻璃預(yù)制品的部分內(nèi)將激光功率分布在玻璃預(yù)制品上，這里同樣地，加熱玻璃管3的末端30。然而，代替根據(jù)圖1中所示的示例的光束擴展透鏡系統(tǒng)6，通過在沿著旋轉(zhuǎn)軸的軸向方向上在要加熱或者成形的玻璃預(yù)制品的部分上移動激光束50，來實現(xiàn)輻射功率的空間分布。為此目的，透鏡系統(tǒng)6包括環(huán)形鏡或者旋轉(zhuǎn)鏡64，其具有鏡斜面640。通過馬達(dá)65驅(qū)動旋轉(zhuǎn)鏡64并且將其設(shè)置為旋轉(zhuǎn)。在圖3中所示的示例中，旋轉(zhuǎn)鏡64的旋轉(zhuǎn)軸布置為橫向，特別地垂直于鏡斜面的法線。另外，旋轉(zhuǎn)軸還布置為橫向，優(yōu)選垂直于玻璃管3的旋轉(zhuǎn)軸或者軸向方向。鏡斜面640的法線的旋轉(zhuǎn)因此根據(jù)各照射的鏡斜面的角度改變在沿著玻璃管3的軸向方向上移動激光束50， 從而激光束50時間上平均地照射玻璃管上的區(qū)域33，或者對應(yīng)地照射玻璃管3的長軸向部分。圖4示出圖1中所示的設(shè)備的另ー變形。如圖3中所示的變形中那樣，激光束50 在區(qū)域33上往復(fù)移動，以沿著待加熱的玻璃管的軸向部分分布輻射功率。為此目的，用樞轉(zhuǎn)鏡代替偏轉(zhuǎn)鏡，樞轉(zhuǎn)鏡的樞轉(zhuǎn)軸橫向延伸，優(yōu)選地垂直于玻璃管3的旋轉(zhuǎn)軸。通過振鏡驅(qū)動器65樞轉(zhuǎn)樞轉(zhuǎn)鏡66，從而以與玻璃管3的軸向方向上的樞轉(zhuǎn)移動對應(yīng)的方式移動激光束 50的照射位置。該布置的有利之處在于能夠通過控制裝置13控制振鏡驅(qū)動器，從而能夠根據(jù)樞轉(zhuǎn)角度或者根據(jù)照射點的軸向位置，以簡單的方式使用較快和較慢的樞轉(zhuǎn)移動，來實現(xiàn)變化長度和特定位置相關(guān)功率分布的照射時間。本發(fā)明的改進(jìn)(不限于圖4中所示的特定示例)因此提供了透鏡系統(tǒng)，其包括能夠由控制裝置控制的光束偏轉(zhuǎn)裝置，使得通過利用控制裝置對光束偏轉(zhuǎn)裝置的適當(dāng)致動，能夠調(diào)整預(yù)先確定的位置/功率曲線。利用這樣的曲線，能夠產(chǎn)生想要的位置相關(guān)溫度分布。利用圖3以及圖4中所示的本發(fā)明的實施例，可以額外地進(jìn)行另一替代或者補充的控制，以便實現(xiàn)引入玻璃中的輻射功率的預(yù)先確定的局部分布。為此目的，再次提供光束偏轉(zhuǎn)裝置。為了根據(jù)位置改變照射功率，可以通過控制裝置根據(jù)光束偏轉(zhuǎn)來控制激光的功率。例如，如果被加熱的軸向部分的第一軸向子部分應(yīng)比相鄰的第二子部分被更強烈或者較不強烈地加熱，則當(dāng)激光束通過第一子部分吋，通過控制裝置相應(yīng)地調(diào)高或者調(diào)低激光功率。如果在圖3中所示的控制裝置的示例中，旋轉(zhuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)角度，或者各照射的鏡斜面640的角度是已知的，則控制裝置13能夠相應(yīng)地調(diào)整激光器5的功率。圖5為了示出的目的而示出了玻璃預(yù)制品上的激光功率的可想到的分布。圖示出了根據(jù)玻璃預(yù)制品上的激光束的照射點的軸向位置的激光功率示意圖。該情況下“0”位置表示玻璃預(yù)制品的末端。如圖中能夠看出的，該示例中的整個被加熱的軸向部分80被分為子部分81、82、83、84和85。子部分82和84比相鄰的子部分81、83和85被照射有更高的激光功率。引入到子部分82和84中的更高的輻射功率能夠如上所述地通過根據(jù)光束偏轉(zhuǎn)裝置的位置控制激光功率來實現(xiàn)，在圖2和3中所示的示例中，根據(jù)鏡的旋轉(zhuǎn)角度或者樞轉(zhuǎn)角度來控制激光功率。替代地或者作為補充，如上所述，能夠改變鏡的樞轉(zhuǎn)或者旋轉(zhuǎn)速度， 從而在此能夠照射軸向子部分82和84更長的總時間。如圖5中借助于示例示出的，軸向方向上的激光功率的這樣的非均勻布置能夠在很多方面是有利的。例如，如果在成形處理中希望均勻的溫度分布，然而發(fā)生了不均勻的熱耗散，則能夠通過調(diào)整照射功率的適當(dāng)?shù)那€來至少部分地補償熱損失的不均勻性。例如， 與成形工具首先接觸或者接觸更長時間的玻璃預(yù)制品的子部分可以相應(yīng)地通過激光照射更強烈地加熱，以便補償在成形工具上額外發(fā)生的熱損失。另ー方面，還可以有利的是，在軸向方向上爭取非均勻的溫度曲線。這樣的溫度曲線能夠有利地用于額外地控制在成形處理過程中發(fā)生的材料的流動。通常，在玻璃預(yù)制品中，在由成形工具施加的壓力或者張力的作用下，玻璃易于從溫度較高(從而較軟)的區(qū)域流到溫度較低(從而粘度較大)的區(qū)域。能夠有利地減少例如在成形工具引起強的變形的區(qū)域中(特別是當(dāng)拉伸或者彎曲玻璃材料時)發(fā)生的玻璃管的壁厚度的減少。還能夠非常有利的是如果由于玻璃管的徑向壓縮導(dǎo)致壁厚度增加，則引起材料的加強的流動。將在下面參考圖6A至6F解釋這些效果。這些附圖基于剖視圖示出模擬根據(jù)本發(fā)明的成形處理以從用于生產(chǎn)注射器體的玻璃管3產(chǎn)生注射器錐體。示出的剖面沿著玻璃管旋轉(zhuǎn)所圍繞的玻璃管3的中心軸。還示出了輥70、71和心軸75。激光束進(jìn)入輥之間，從而照射方向垂直于示出的切開面。另外，還示出了從開始成形處理起流逝的時間。所選擇的用于成形處理的時間零點是激光功率減少的時刻。在玻璃管的剖面圖中示出的線20，最初垂直于玻璃管的中心軸，其表示玻璃管3 的軸向截面的虛擬邊界。這些線示出了在成形處理過程中的材料的流動。心軸75從用于成形注射器的前錐形區(qū)域的基部76突出。基部76是垂直于圖6A 至6F的觀察方向的扁平構(gòu)件。與示出相反地，在實際設(shè)備中，基部圍繞心軸75的縱軸旋轉(zhuǎn) 90°，從而基部76位于輥70和71之間。如圖6C中所示的輥70、71和基部76的重疊因此實際上沒有發(fā)生。從圖6C中所示的位置開始發(fā)生輥70、71的接觸與預(yù)置(onsetting)變形。通過輥 70,71朝著玻璃管的中心軸徑向向內(nèi)移動來產(chǎn)生玻璃管3的壓縮。在圖6E中所示的階段， 心軸75與玻璃管的內(nèi)部接觸并且成形注射器錐體的通道。在圖6F中所示的階段，最終，完成注射器錐體的成形處理。之后，從成形的注射器錐體35移開成形工具。使用相同的成形工具70、71、75和基部76來執(zhí)行用于成形注射器錐體35的所有成形步驟。這樣的成形工位因此對玻璃預(yù)制品的一個部分執(zhí)行所有熱成形步驟。然后，可以執(zhí)行玻璃管的另一端處的注射器凸緣或者手指支撐的成形處理從圖6E中所示的變形階段開始，能夠清楚地看到，注射器錐體35處的徑向壓縮導(dǎo)致壁厚度的變厚。這里，能夠通過如上所述地調(diào)整適當(dāng)?shù)臏囟确植迹瑏懋a(chǎn)生一定的材料流動離開末端30。類似地，在成形的玻璃管的外周邊緣上，壁厚度可以在注射器筒37和注射器錐體35之間的過渡區(qū)域中減小。通過控制激光功率的軸向分布來調(diào)整軸向非均勻功率輸入，也能夠抵消此效果。因此，通常使用由激光實現(xiàn)的溫度控制能夠影響玻璃的流動方向。特別地，對于玻璃流的體積和方向也是如此。從圖6A至6F進(jìn)一步看出的是，能夠在幾秒內(nèi)完成玻璃預(yù)制品的一個部分(這里特別地是注射器錐體)的所有成形步驟。圖6A至6F的示例中的整個成形時間甚至總計不到2秒。這導(dǎo)致另外的優(yōu)點，尤其是對于諸如注射器、膠囊、安瓿、瓶子等等的藥物封裝裝置的生產(chǎn)來說是有利的。因為用于玻璃成形的長的處理時間，可能會由于從成形工具(特別是心軸)的磨損導(dǎo)致鎢沉積。本發(fā)明因此特別適用于不含鎢或者鎢含量非常低的藥物封裝裝置，諸如特別是注射器，這是因為通過縮短了與成形工具的接觸而減少了由于成形工具導(dǎo)致的污染。另外，通過根據(jù)本發(fā)明的處理更少地加熱成形工具，這也減少了污染。
相對非常短的處理時間的另一優(yōu)點是減少了當(dāng)處理含堿的玻璃時的堿過流 (alkali overflow) 0當(dāng)玻璃被加熱超過軟化點吋，通常堿離子擴散到表面。該效果是令人煩惱的，特別是在藥物封裝裝置的情況下，因為多種藥物對于堿金屬都是敏感的。由于通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的成形時間顯著地短于在使用連接在各成形エ位的上游的燃燒器的傳統(tǒng)成形的情況，因此明顯地減少了表面上的堿富集。最終，使用燃燒器還會導(dǎo)致引入燃燒殘留物和細(xì)灰塵。基于上述效果，很顯然的是，通過本發(fā)明生產(chǎn)的玻璃產(chǎn)品在玻璃表面的化學(xué)特性方面也不同于以前通過使用燃燒器成形的玻璃產(chǎn)品。圖7示出了包括若干如上所述的設(shè)備1的形式的成形エ位的成形系統(tǒng)10的示例性實施例的示意性視圖。與現(xiàn)有技術(shù)已知的裝置(其中使用若干步驟在多個成形エ位處連續(xù)地成形玻璃預(yù)制品)相反地，圖7中所示的實施例的構(gòu)思基于使玻璃管部分在玻璃管的部分的整個成形處理(例如，注射器錐體的成型)過程中停留在ー個成形エ位，或者設(shè)備1 中。在該示例性實施例中，成形系統(tǒng)10包括與現(xiàn)有技術(shù)已知的用于生產(chǎn)玻璃注射器的系統(tǒng)類似的圓盤傳送器100。如所示出的，若干設(shè)備(例如八個設(shè)備1)安裝在用于成形玻璃產(chǎn)品的圓盤傳送器100上。在輸入エ位102，設(shè)備1被加載有玻璃預(yù)制品，諸如玻璃管的部分。當(dāng)加載后的設(shè)備1在圓盤傳送器100上旋轉(zhuǎn)到收回エ位103吋，在設(shè)備1中對玻璃預(yù)制品執(zhí)行成形處理，諸如圖1、3、4、6A-6F中描述的注射器錐體的成形。與已知的包括圓盤傳送器的成形系統(tǒng)相反地，這里的成形工具能夠直接布置在圓盤傳送器上。還能夠想到的成形系統(tǒng)的設(shè)計是，其中成形エ位1是固定的，并且彼此平行地加載或者卸載。在圖8 中示出了這樣的變形。玻璃管3被經(jīng)由進(jìn)給裝置104，例如傳送帶，進(jìn)給到加載和卸載裝置 106。加載和卸載裝置106在執(zhí)行注射器錐體的激光成型的設(shè)備1之間分配玻璃管3。 在成形處理之后，具有成型的注射器錐體的玻璃管4的形式的中間或者最終的產(chǎn)品被從加載和卸載裝置106進(jìn)給到移除裝置107，其將成形的玻璃管4傳輸?shù)酵獠俊τ诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員來說很顯然的是，本發(fā)明不限于基于附圖在上面描述的示例性實施例，而是能夠在權(quán)利要求的主題的范圍內(nèi)以多種方式變化。特別地，能夠彼此組合各個示例性實施例的特征。因此，基于玻璃注射器體的注射器錐體的成型在附圖中描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以對應(yīng)的方式不僅應(yīng)用于注射器體的手指支撐的成型，而且應(yīng)用于其它玻璃預(yù)制品的成形。特別地，本發(fā)明通常非常適合于由玻璃生產(chǎn)藥物封裝裝置。這些不僅包括注射器， 而且包括膠囊、瓶子和安瓿。使用激光作為加熱裝置也不是排他性的。相反地，可以額外地使用其它加熱裝置。因此，由于高加熱功率，通過燃燒器執(zhí)行預(yù)先加熱以便減少成形處理之前的初始加熱時間也是可能的，并且甚至是有利的。附圖標(biāo)記列表1 用于成形玻璃產(chǎn)品的設(shè)備3 玻璃管4 具有成型的注射器錐體的玻璃管5 激光
6透鏡系統(tǒng)
7成形工具
9旋轉(zhuǎn)裝置
10成形系統(tǒng)
11尚溫計
13控制裝置
20玻璃管3的軸向剖面的虛擬邊界
30要成形的玻璃管3的末端
33玻璃管3的照射區(qū)域
35錐體
37注射器筒
50激光束
51扇形光束
61偏轉(zhuǎn)鏡
63柱狀透鏡
64環(huán)形鏡
65用于環(huán)形鏡64的馬達(dá)
66樞轉(zhuǎn)鏡
67振鏡驅(qū)動器
70，71 輥
75心軸
76心軸75的基部
80玻璃管3的被加熱的軸向部分
81-85玻璃管3的被加熱的軸向部分80
90旋轉(zhuǎn)裝置9的驅(qū)動器
91夾具
100圓盤傳送器
102輸入工位
103收回工位
104進(jìn)給裝置
106加載和卸載裝置
權(quán)利要求
1.一種用于成形玻璃產(chǎn)品的設(shè)備，包括-局部加熱玻璃預(yù)制品的區(qū)域至高于其軟化點的裝置，以及-至少一個成形工具，用于成形由用于局部加熱的所述裝置加熱的所述玻璃預(yù)制品的區(qū)域的至少一部分，用于局部加熱的所述裝置-包括激光器，-旋轉(zhuǎn)裝置，用于使所述成形工具和所述玻璃預(yù)制品相對于彼此旋轉(zhuǎn)，并且-所述成形工具被設(shè)計為使得待成形的所述玻璃預(yù)制品的所述部分的表面區(qū)域不被所述成形工具覆蓋，所述激光器或者連接到所述激光器下游的透鏡系統(tǒng)被布置為使得在成形處理期間，激光照射未被所述成形工具覆蓋的區(qū)域，并且其中提供控制裝置(1 控制所述激光器，使得在成形期間所述玻璃預(yù)制品至少有時被所述激光加熱。
2.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述成形工具(7)包括如下方式布置的一對輥所述一對輥的輥(70，71)在由所述旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)置為轉(zhuǎn)動的玻璃預(yù)制品的表面滾動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述成形工具(7)被設(shè)計用于壓縮中空玻璃預(yù)制品的部分。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的設(shè)備，其特征在于透鏡系統(tǒng)(6)，所述透鏡系統(tǒng)(6)連接在所述激光器(5)的下游，并且在待加熱的所述玻璃預(yù)制品的所述部分中將激光功率分布在所述玻璃預(yù)制品上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括至少一個成形工位，所述成形工位具有用于執(zhí)行所有熱成形步驟以在所述玻璃預(yù)制品的部分上生產(chǎn)最終產(chǎn)品的所有成形工具。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括溫度測量裝置，用于在所述成形處理之前或所述成形處理期間測量玻璃預(yù)制品的溫度；在所述控制裝置(1 中實施控制處理，所述控制處理基于由所述溫度測量裝置測量的溫度控制激光功率，以便設(shè)置玻璃預(yù)制品上的預(yù)定溫度或者預(yù)定溫度/時間曲線。
7.一種成形玻璃產(chǎn)品的工藝，其中-局部加熱玻璃預(yù)制品的區(qū)域至其軟化點之上，并且-使用至少一個成形工具來成形由用于局部加熱的裝置加熱的所述玻璃預(yù)制品的區(qū)域的至少一部分，用于局部加熱的所述裝置-包括激光器，所述激光器-發(fā)射具有一定波長的光，所述玻璃對于所述波長的光至多部分透明，使得所述光至少部分被吸收在所述玻璃中，并且所述激光器朝向所述玻璃預(yù)制品，-所述成形工具和所述玻璃預(yù)制品由旋轉(zhuǎn)裝置相對于彼此旋轉(zhuǎn)，并且-所述成形工具被設(shè)計為使得待成形的所述玻璃預(yù)制品的所述部分的表面區(qū)域未被所述成形工具覆蓋，并且-所述激光器，或者連接到所述激光器的下游的透鏡系統(tǒng)被布置為使得，在成形處理期間，激光照射在未被所述成形工具覆蓋的所述區(qū)域，并且控制裝置(1 控制所述激光器， 使得在成形期間所述玻璃預(yù)制品至少有時被所述激光加熱。
8.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，以沿所述玻璃預(yù)制品的加熱的部分調(diào)整預(yù)定的溫度曲線的方式，在位置或時間方面控制或調(diào)整激光輻射。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一個或兩個所述的エ藝，其特征在于，測量所述玻璃預(yù)制品的溫度，并且基于所述玻璃預(yù)制品的所測量的溫度，由所述控制裝置(1 控制所述激光器的激光功率。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任意一項所述的ェ藝，其中相對于成形處理之前的加熱階段期間的激光功率，照射的激光功率在所述成形處理期間被降低。
全文摘要
用于支持激光的玻璃成形的工藝和設(shè)備。本發(fā)明的目的是降低在諸如成形玻璃管以獲得注射器體的玻璃產(chǎn)品成形期間的調(diào)整復(fù)雜度。為了加熱待成形的玻璃預(yù)制品的玻璃，使用激光器，其發(fā)出具有一定波長的光，玻璃預(yù)制品的玻璃對于該波長的光至多部分透明，使得該光至少部分被吸收進(jìn)玻璃。
文檔編號C03B23/06GK102557404SQ20111028850
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者托馬斯·里施, 格奧爾格·哈澤爾霍斯特 申請人:肖特公開股份有限公司