用于支持激光的玻璃成形的工艺和设备的制作方法

专利名称：用于支持激光的玻璃成形的工艺和设备的制作方法
技术领域：
总体上，本发明涉及玻璃产品的生产。更具体的，本发明涉及通过支持激光的热成形的优选中空玻璃产品的生产。
背景技术：
锥体的成形加工是例如玻璃注射器的生产工艺的重要步骤。通常用于该目的的工艺利用化石燃料燃烧器加热玻璃。传统的成形加工工艺包括多个连续的加热和成形加工步骤，通过这些步骤，从管状玻璃体开始达到期望的最终几何形状。通常使用的管状玻璃的直径在6毫米至11毫米之间的范围。例如，根据DE 102005038764B3和DE 102006034878B3，其中在多个步骤中使用燃
烧器完成成形的装置是公知的。这些装置被设计为回转台。重复交替加热和玻璃成形步骤是必要的，因为待成形的玻璃坯被成形工具冷却， 使得在单个成形步骤中的成形至今还是不可能的。这样的过程通常在转位回转台机器上实现，因为这样的装备操作起来经济，并且具有节约空间的设计。例如，包括16或32个工位的回转台是为人熟知的。将成形加工工艺分解到各个工位导致多个可控变量或自由度，这些例如可以通过手工来调整处理来调整以提高整个工艺。然而，尤其是利用化石燃料燃烧器引入热量时，存在很多自由度。在这种情况下，通常对于火焰和玻璃的状态，或者温度和其分布进行视觉的评估是必要的。在各个工位的多个自由度或可调节的参数也允许通过玻璃成形过程中的中间步骤的不同组合和/或顺序来执行各种工艺工序，然而，这应该最终导致同样的结果。考虑到可调参数的多样性以及工艺控制的尺度和/或可量测性的缺乏，装备操作员的动作对于最终产品的质量以及制造工艺的性能非常重要。即使除了在回转台机器上实施的成形加工工艺(其由于基本原理而相对成本较低)之外，能够避免在昂贵的自动化功能上的额外投资，然而，生产依然极大地依赖于可用的有经验的并且经过良好训练的操作人员。这导致生产成本方面显著的人力成本。早在生产的启动阶段，在装备中的所有相关开动元素中在成本上进行很好的调整是必要的。因此，现有的回转台机器包括多个夹具，例如16个甚至32个夹具，用于锥体成形。为此，通常，实现稳定的工艺流程需要范围从数小时到数天的时限(包括试车过程)。 此外，通常，甚至在生产期间，对于多个工位再调整也是必要的。另外，磨合(breaking-in)现象能够对于制造工艺产生影响。由于由燃烧器加热装备的部件导致的热膨胀等，出现了磨合现象。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种设备和成形工艺，通过该设备和工艺，可以极大的降低调整复杂性，并且提高生产工艺稳定性，同时至少维持生产的玻璃产品的相同的质量。该目的通过独立权利要求的主题得以实现。在相应的从属权利要求中提供本发明改进的优点。因此，本发明提供用于玻璃产品成形的设备，包括-用于局部加热玻璃预制品的区域至高于其软化点的装置，以及-至少一个成形工具，用于成形由局部加热的装置加热的玻璃预制品的区域的至少一个部分，其中用于局部加热的装置-包括激光器，-其中，提供旋转装置，以将成形工具和玻璃预制品相对于彼此进行旋转，并且其中-成形工具被设计为使得待成形的玻璃预制品的所述部分的表面区域不被成形工具覆盖，其中所述激光器或者在激光器下游连接的透镜系统被布置为使得在成形处理过程中，激光照射未被成形工具覆盖的区域，并且其中，提供控制装置以控制激光器，使得在成形期间至少有时玻璃预制品被激光加热。为了加热在所述设备中待成形的玻璃预制品的玻璃，使用发射具有一定波长的光的激光器，玻璃预制品的玻璃对于该波长的光至多部分透明，使得该光至少部分被玻璃吸收。能够由该设备执行的用于成形玻璃产品的工艺相应地基于-加热玻璃预制品的局部区域至高于其软化点，并且-使用至少一个成形工具来成形由用于局部加热的装置加热的玻璃预制品的区域的至少一个部分，其中，所述用于局部加热的装置-包括激光器，该激光器-发射具有一定波长的光，玻璃预制品的玻璃对于该波长的光至多部分透明，使得该光至少部分被玻璃吸收，并且其聚焦于玻璃预制品，-其中，通过旋转装置，所述成形工具和玻璃预制品相对于彼此旋转，并且其中-成形工具被设计为使得待成形的玻璃预制品的所述部分的表面区域不被成形工具覆盖，并且其中-所述激光器，或者所述激光器下游连接的透镜系统被布置为使得在成形期间，激光不照射被成形工具覆盖的区域，并且其中，通过控制装置控制激光器，使得在成形处理期间至少有时玻璃预制品被激光加热。通常，红外激光器尤其适合用作所述激光器，因为通常光的透射从可见光谱范围向红外区域减小。激光的波长优选地选为使得，待处理的玻璃制品的玻璃在该波长处具有至少300ΠΓ1的吸收系数，并且更优选至少500ΠΓ1。在300ΠΓ1的吸收系数的情况下，在穿过具有Imm壁厚的玻璃管的壁时，激光功率的大约25%被吸收。在500ΠΓ1的吸收系数的情况下， 差不多大约光的60%被吸收，并且被用于加热玻璃制品。为了形成注射器体，通常具有小于IkW辐射功率的激光器对于确保足够快速地加热玻璃产品来说是足够的。为了维持成形处理期间的温度，通常需要甚至更低的功率。为此，通常，小于200瓦的辐射功率是足够的。照射功率的优选范围是30到100瓦之间。然而， 为了形成更大的玻璃制品，例如为了从具有20毫米或更大直径的玻璃管形成玻璃制品，更大的功率可能可选地有利于确保快速加热。通过示例，在本文中将提及用于药瓶的瓶颈的成形，其中该药瓶是从具有20至30毫米的直径的玻璃管制成的。根据本发明的改进，在成形处理之前的加热阶段期间，以第一功率操作激光器，并且在成形处理期间该功率降低到第二功率。第二功率优选地至少低于第一功率四分之一。因为根据本发明，在玻璃预制品的受迫成形(forced forming)期间提供恒定的热能，可以避免或者至少减少成形处理期间的冷却。激光束优选地在受迫成形开始之前照射， 直到受迫成形处理开始之后的某ー时间点。在本发明优选的实施例中，成形工具包括ー对辊，这对辊以如下方式布置这对辊中的辊在由旋转装置设置为运动的玻璃预制品的表面滚动。然而，根据本发明的另ー实施例，成形工具也可以不在玻璃预制品上滚动，而是使其在玻璃上滑动。特別地，适当的润滑剂或脱模剂可以用于该目的。具有滚动辊和具有滑动成形工具的这两个实施例也能够同时或连续地使用。例如，注射器体(或通道)的喷嘴 (或注射器锥体)的内部成形可以通过滑动心轴来执行，而注射器锥体的外部成形使用滚动辊来执行。另外，根据本发明的设备和エ艺优选地用于形成中空(更特別地管状)玻璃预制品。特別地，成形工具可以设计用于中空玻璃预制品的部分的压縮，优选地，径向压縮。例如，在从以玻璃管的方式成型加工的中空预制品形成注射器体的锥体吋，执行这样的压縮。 但是，本发明不仅可以应用于管状玻璃，也可以应用于实心玻璃棒的成形。本发明不仅提供这样的优点在玻璃的受迫成形期间，之前由激光束加热的玻璃预制品的冷却可以得到补偿。而且，与之前使用的燃烧器相比，激光辐射也提供了可以在时间上和位置上更精确更精细调整的优点。因此，在本发明的改进中，现在可以在时间上和位置上控制或调整激光器，使得沿着玻璃预制品的加热部分设置预定的温度曲线。为了根据所需的温度曲线调整激光功率，在本发明简单的改进中，提供了透镜系统，其连接到激光器下游，并且在待加热的玻璃预制品的部分的内部将激光功率分配到玻璃预制品上。根据本发明的第一实施例，这样的透镜系统可以包括光束扩展透镜，其在至少ー个空间方向上扩展激光束。以这种方式，通常点状的光束可以被变为扇形光束，该扇形光束照射到玻璃预制品的狭长区域。激光功率分配的另ー个可替换的或额外的选择包括，将激光束在待加热或成形的玻璃预制品的部分上移动。这样的移动可以例如通过适当的振镜(galvanometer) 来实现。还可以想到的是激光器包括旋转或平移驱动器。与刚性透镜系统相比，激光束的移动提供了适应在成形处理之前和/或成形处理期间照射的激光功率分布的可能性。例如，在成形期间，在待成形的部分上的激光强度的空间分布可能是可取的，该分布不同于用于加热的強度分布。例如，为了补偿由成形工具导致的不均勻的冷却，这样的差异可能是可取的。在一个步骤的注射器锥体的形成期间，例如，已经发现沿轴向使用不均勻分布的辐射功率是有利的。这有助于避免或至少减少锥体向注射器体的柱状管内的压縮。另ー方面， 当使用化石燃料燃烧器吋，通常，实施在很大的表面区域上的均勻加热，由此，柱状管的区域也被加热并变软，使得锥体能够在轴向压缩进注射器体的柱状部分。沿旋转轴的方向分布激光功率通常是便利的。通过转动，热能均勻地分布在待加热玻璃预制品的部分的周围，同时能够沿轴线调整特定的温度曲线。本发明也使得能够对诸如常见的用于注射器体生产的成形工具进行完全不同的设计。如上所述，为此使用现有的包括16或32个エ位的回转台。成形处理从ー个エ位传递到另ーエ位，通过在多个步骤中成形工具的连续使用实现最终的形状。加量在成形步骤期间施加，以便补偿成形处理期间的温度下降。因为根据本发明，加热处理在成形处理期间发生，并且因此温度下降能够得到补偿，所以根据本发明，能够在单个工位执行对待成形部分的整个热成形处理。换言之，用于成形所述部分的所有成形工具用在一个成形工位中，在成形处理期间激光束加热玻璃预制品，或者将其维持在期望的温度。根据本发明的该实施例，因此，所述设备包括至少一个成形工位，其中，所述成形工位具有用于执行所有热成形步骤的所有成形工具，以在玻璃预制品的一部分上生产最终
女口
广 PFt ο该特定实施例是基于本发明的一般设计，其通过使用激光器，将传统成形的子步骤整合在几个步骤中，理想的在一个步骤中。这成为可能，是因为在成形处理期间，由于功率及其位置/时间分布的良好的可控性，能够将激光能量以既可变又可再现地良好定义的方式耦合进玻璃。在本发明的实施例的改进中，类似于从现有技术已知的装置，也可以采用多个工位，在这种情况下，根据本发明的该实施例的改进，工位执行类似的成形步骤。以这种方式， 通过并行的、相同的成形处理，这种设备的生产能力相比于已知的装置可以显著地提高。即使使用单个工位，通常相比于具有传统设计的包括16或32个工位的装置，在速度方面也有相当大的优势。使用传统装置，成形步骤所需时间典型地在大约2秒的范围内。 当假设4个成形步骤，并且加入5至6个使用燃烧器的中间加热步骤所需的时间，成形工艺总计的持续时间大约为20秒。相比之下，使用本发明，可以将成形持续时间限制到一个传统成形步骤，或少数几个这样的步骤的持续时间。因此，成形处理能够很容易地大幅加速。 例如在没有加热时间的情况下计算的成形玻璃预制品的部分所需的时间，优选地共计少于 15秒，更优选地少于10秒，更加优选地少于5秒。在该工艺过程中调整激光功率也是有利的。特别地，相对于在成形处理之前的加热阶段期间的激光功率，在成形处理期间能够降低照射的激光功率。根据本发明的另一改进，为了对玻璃预制品设置预定温度或者预定温度/时间曲线，能够通过在控制装置中实现的控制处理，以及基于通过温度测量装置在成形处理之前和/或成形处理期间测量的玻璃预制品的温度，来控制激光功率。在这种情况下，非接触测量装置尤其适合作为温度测量装置，诸如高温计。通过这样的控制，玻璃的温度能够稳定在小于士20°C，通常甚至最大士 10°C的处理窗口中。


将在下文中基于示范性实施例并参考附图，更详细地描述本发明。在附图中，图中相同的附图标记表示相同或相应的元件。在附图中图1示出用于成形管状玻璃的设备的部件，图2示出玻璃预制品的透射谱，图3是图1所示的示范性实施例的变形。图4示出另一个变形，图5是根据沿玻璃预制品的轴向位置照射的激光功率的示意性曲线图。图6A至图6F示出在成形工艺过程中的管状玻璃的截面图。图7示出包括多个用于成形管状玻璃的设备的成形系统，并且图8是图7所示成形系统的变形。
具体实施例方式图1示出根据本发明的用于执行处理的设备1的示例性实施例。图1中所示的示例性实施例的整体由附图标记1表示的设备被设计用于成形玻璃预制品以获得玻璃管3。具体地，该设备用于生产玻璃注射器体，使用图1中所示的设备1 的元件由玻璃管形成注射器体的锥体。通过设备1从管状玻璃生产锥体，是基于玻璃管3的区域(这里，其端部30)局部加热到软化点以上以及使用至少ー个成形工具成形被加热的端部的至少ー个部分而实现的，其中用于局部加热的装置包括发射具有下述波长的光的激光器5，对于所述波长，玻璃管3的玻璃至多部分透明，从而光在玻璃中被至少部分地吸收。为此目的，通过透镜6将激光束50引导至玻璃管3。在成形处理过程中，成形工具7和玻璃预制品3借助于旋转装置 9相对于彼此旋转。通常，在这种情况下方便的是，如在示出的实施例中那样，以沿着玻璃管 3的轴向方向的旋转轴旋转玻璃管3。为此目的，旋转装置9包括具有保持玻璃管3的夹具 91的驱动器90。相反构造也是可以想到的，其中玻璃管被保持并且成形工具7围绕玻璃管旋转。在图1中所示的示例性实施例中，成形工具7包括两个辊70、71，其沿着玻璃管3 的表面随着玻璃管3的旋转而滚动。在该情况下，通过在玻璃管3的径向方向上将辊朝向彼此引导来压缩玻璃管3的末端30。图1中通过辊70、71的旋转轴上的箭头示出径向移动。另外，心轴75设置为成形工具7的一部分。该心轴75在待成形的玻璃管3的末端30 处被插入到玻璃管3的开口中。借助于心轴75形成注射器体的锥形通道。心轴75能够可旋转地安装以便与玻璃管3 —起旋转。还可以允许旋转的玻璃在静止的心轴上滑动。为了避免粘附，通常的情况是成形工具在玻璃表面上滑动，优选的是使用分离剂或者润滑剤，其减少滑动移动过程中的摩擦。还可以使用在成形エ艺过程中所用的温度下蒸发的润滑剤。当使用这样的润滑剂吋，有利的是，能够避免润滑剂和/或分离剂残余在完成的玻璃产品上。在辊70、71之间，能够在成形工具不中断激光束50的情况下将激光束50引导到玻璃管上。因此，成形工具被设计为成形工具不覆盖待成形的玻璃管的部分的表面区域，从而在成形处理期间，连接在激光器的下游的透镜6将激光发送到没有由成形工具覆盖的区域上。具体地，激光照射玻璃管3的外周上的辊70、71之间的区域33。控制装置13控制成形处理。特別地，通过控制装置13控制激光器5使得在成形处理过程中至少有时通过激光加热玻璃管3。图1中所示的设备1的透镜系统6包括偏转镜61以及柱状透镜63。柱状透镜63沿着玻璃管3的轴向方向扩展激光束50以获得扇形光束51，从而由激光照射的区域33因此在玻璃管3的轴向方向上扩展。由于玻璃管3在由激光照射的同时旋转，因此，照射功率分布在玻璃管的周向方向上，从而加热柱形部分，或者与玻璃预制品的形状无关地，通常在沿着旋转轴的轴向方向上的部分。该部分具有优选地至少与要成形的部分一祥大的长度。后者具有基本上由辊的宽度确定的长度。为了实现激光功率在玻璃管的轴向方向上的特定分布，作为柱状透镜63的替代或者补充，有利的是，可以使用衍射光学元件。
通过控制装置13控制成形处理。尤其是，控制装置控制激光的功率。还控制模制工具70、71、75的移动。还能够控制旋转装置9 ；在该情况下控制驱动器90的旋转速度，特别地，可选的是，还控制夹具91的开启和关闭。当从玻璃成形注射器体时，通常小于1千瓦的辐射功率足以使得激光器5确保快速加热到软化点。在到达热成形所需的温度之后，控制装置1能够向下调整激光器功率，从而照射的激光器功率仅对于冷却进行补偿。通常30至100瓦特的功率足以生产注射器体。特别地能够基于玻璃管3的温度来控制激光功率。为此目的，可以在控制装置13 中实施控制处理，所述控制装置13基于由温度测量装置测量的温度调节激光功率，以在玻璃预制品上设置预先确定的温度或者预先确定的温度/时间曲线。在图1中所示的实施例中，设置高温计作为温度测量装置，其测量通过激光器5加热的玻璃管的末端31处的玻璃管的热辐射。测量的值被馈送到控制装置13，并且在控制处理中用于调整想要的温度。在根据本发明的一个布置中特别有利的是，如图1中的示例所示出的，激光不直接加热成形工具。结果，与在使用通过燃烧器的预先加热的传统工艺中相比，尽管加热玻璃预制品，但在成形处理过程中通常没有很强地加热成形工具。整体来说，根据本发明的设备产生更少的热能，并且该热被更加有意地引入玻璃预制品中。整个设备的加热，并且因此， 尤其是由于热膨胀导致的磨合现象能够由此减少。用于生产注射器体的优选玻璃是硼硅酸盐玻璃。低碱硼硅酸盐玻璃是特别优选的，尤其是具有按重量计小于10%的碱含量的硼硅酸盐玻璃。硼硅酸盐玻璃由于典型的高抗温度波动性而通常是非常适合的。这对于诸如能够通过本发明实现的用于实施快速加热步骤的快速处理时间来说是非常有利的。适合的低碱硼硅酸盐玻璃具有按重量百分比计的下述成分Si0275wt. ！
B2O310. 5wt.
Al2O35wt. %
Na2O7wt. %
CaO1. 5wt.图2示出玻璃的透射光谱。示出的透射值涉及一毫米的玻璃厚度。从图2中能看出，玻璃的透射率在2. 5微米以上的波长处下降。在5微米以上，玻璃实际上是不透明的，即使玻璃的厚度非常薄。图2中所示的2. 5微米以上的范围内的波长中的透射率的下降不显著依赖于玻璃的具体成分。因此，在具有类似透射性质的情况下，优选的硼硅酸盐玻璃的成分的上述含量在每种情况下可以相对于所述值变化25 %。此外，除了硼硅酸盐玻璃之外，也可以使用其它玻璃，只要它们在激光的波长下是至多部分透明的。图3示出图1中所示的设备的变形。这里同样地，如图1中所示的示例那样，透镜系统6被设置为连接在激光器5的下游，并且在要加热的玻璃预制品的部分内将激光功率分布在玻璃预制品上，这里同样地，加热玻璃管3的末端30。然而，代替根据图1中所示的示例的光束扩展透镜系统6，通过在沿着旋转轴的轴向方向上在要加热或者成形的玻璃预制品的部分上移动激光束50，来实现辐射功率的空间分布。为此目的，透镜系统6包括环形镜或者旋转镜64，其具有镜斜面640。通过马达65驱动旋转镜64并且将其设置为旋转。在图3中所示的示例中，旋转镜64的旋转轴布置为横向，特別地垂直于镜斜面的法线。另外，旋转轴还布置为横向，优选垂直于玻璃管3的旋转轴或者轴向方向。镜斜面640的法线的旋转因此根据各照射的镜斜面的角度改变在沿着玻璃管3的轴向方向上移动激光束50， 从而激光束50时间上平均地照射玻璃管上的区域33，或者对应地照射玻璃管3的长轴向部分。图4示出图1中所示的设备的另ー变形。如图3中所示的变形中那样，激光束50 在区域33上往复移动，以沿着待加热的玻璃管的轴向部分分布辐射功率。为此目的，用枢转镜代替偏转镜，枢转镜的枢转轴横向延伸，优选地垂直于玻璃管3的旋转轴。通过振镜驱动器65枢转枢转镜66，从而以与玻璃管3的轴向方向上的枢转移动对应的方式移动激光束 50的照射位置。该布置的有利之处在于能够通过控制装置13控制振镜驱动器，从而能够根据枢转角度或者根据照射点的轴向位置，以简单的方式使用较快和较慢的枢转移动，来实现变化长度和特定位置相关功率分布的照射时间。本发明的改进(不限于图4中所示的特定示例)因此提供了透镜系统，其包括能够由控制装置控制的光束偏转装置，使得通过利用控制装置对光束偏转装置的适当致动，能够调整预先确定的位置/功率曲线。利用这样的曲线，能够产生想要的位置相关温度分布。利用图3以及图4中所示的本发明的实施例，可以额外地进行另一替代或者补充的控制，以便实现引入玻璃中的辐射功率的预先确定的局部分布。为此目的，再次提供光束偏转装置。为了根据位置改变照射功率，可以通过控制装置根据光束偏转来控制激光的功率。例如，如果被加热的轴向部分的第一轴向子部分应比相邻的第二子部分被更强烈或者较不強烈地加热，则当激光束通过第一子部分吋，通过控制装置相应地调高或者调低激光功率。如果在图3中所示的控制装置的示例中，旋转镜的旋转角度，或者各照射的镜斜面640的角度是已知的，则控制装置13能够相应地调整激光器5的功率。图5为了示出的目的而示出了玻璃预制品上的激光功率的可想到的分布。图示出了根据玻璃预制品上的激光束的照射点的轴向位置的激光功率示意图。该情况下“0”位置表示玻璃预制品的末端。如图中能够看出的，该示例中的整个被加热的轴向部分80被分为子部分81、82、83、84和85。子部分82和84比相邻的子部分81、83和85被照射有更高的激光功率。引入到子部分82和84中的更高的辐射功率能够如上所述地通过根据光束偏转装置的位置控制激光功率来实现，在图2和3中所示的示例中，根据镜的旋转角度或者枢转角度来控制激光功率。替代地或者作为补充，如上所述，能够改变镜的枢转或者旋转速度， 从而在此能够照射轴向子部分82和84更长的总时间。如图5中借助于示例示出的，轴向方向上的激光功率的这样的非均勻布置能够在很多方面是有利的。例如，如果在成形处理中希望均勻的温度分布，然而发生了不均勻的热耗散，则能够通过调整照射功率的适当的曲线来至少部分地补偿热损失的不均勻性。例如， 与成形工具首先接触或者接触更长时间的玻璃预制品的子部分可以相应地通过激光照射更强烈地加热，以便补偿在成形工具上额外发生的热损失。另ー方面，还可以有利的是，在轴向方向上争取非均勻的温度曲线。这样的温度曲线能够有利地用于额外地控制在成形处理过程中发生的材料的流动。通常，在玻璃预制品中，在由成形工具施加的压力或者张力的作用下，玻璃易于从温度较高(从而较软)的区域流到温度较低(从而粘度较大)的区域。能够有利地减少例如在成形工具引起强的变形的区域中(特别是当拉伸或者弯曲玻璃材料时)发生的玻璃管的壁厚度的减少。还能够非常有利的是如果由于玻璃管的径向压缩导致壁厚度增加，则引起材料的加强的流动。将在下面参考图6A至6F解释这些效果。这些附图基于剖视图示出模拟根据本发明的成形处理以从用于生产注射器体的玻璃管3产生注射器锥体。示出的剖面沿着玻璃管旋转所围绕的玻璃管3的中心轴。还示出了辊70、71和心轴75。激光束进入辊之间，从而照射方向垂直于示出的切开面。另外，还示出了从开始成形处理起流逝的时间。所选择的用于成形处理的时间零点是激光功率减少的时刻。在玻璃管的剖面图中示出的线20，最初垂直于玻璃管的中心轴，其表示玻璃管3 的轴向截面的虚拟边界。这些线示出了在成形处理过程中的材料的流动。心轴75从用于成形注射器的前锥形区域的基部76突出。基部76是垂直于图6A 至6F的观察方向的扁平构件。与示出相反地，在实际设备中，基部围绕心轴75的纵轴旋转 90°，从而基部76位于辊70和71之间。如图6C中所示的辊70、71和基部76的重叠因此实际上没有发生。从图6C中所示的位置开始发生辊70、71的接触与预置(onsetting)变形。通过辊 70,71朝着玻璃管的中心轴径向向内移动来产生玻璃管3的压缩。在图6E中所示的阶段， 心轴75与玻璃管的内部接触并且成形注射器锥体的通道。在图6F中所示的阶段，最终，完成注射器锥体的成形处理。之后，从成形的注射器锥体35移开成形工具。使用相同的成形工具70、71、75和基部76来执行用于成形注射器锥体35的所有成形步骤。这样的成形工位因此对玻璃预制品的一个部分执行所有热成形步骤。然后，可以执行玻璃管的另一端处的注射器凸缘或者手指支撑的成形处理从图6E中所示的变形阶段开始，能够清楚地看到，注射器锥体35处的径向压缩导致壁厚度的变厚。这里，能够通过如上所述地调整适当的温度分布，来产生一定的材料流动离开末端30。类似地，在成形的玻璃管的外周边缘上，壁厚度可以在注射器筒37和注射器锥体35之间的过渡区域中减小。通过控制激光功率的轴向分布来调整轴向非均勻功率输入，也能够抵消此效果。因此，通常使用由激光实现的温度控制能够影响玻璃的流动方向。特别地，对于玻璃流的体积和方向也是如此。从图6A至6F进一步看出的是，能够在几秒内完成玻璃预制品的一个部分(这里特别地是注射器锥体)的所有成形步骤。图6A至6F的示例中的整个成形时间甚至总计不到2秒。这导致另外的优点，尤其是对于诸如注射器、胶囊、安瓿、瓶子等等的药物封装装置的生产来说是有利的。因为用于玻璃成形的长的处理时间，可能会由于从成形工具(特别是心轴)的磨损导致钨沉积。本发明因此特别适用于不含钨或者钨含量非常低的药物封装装置，诸如特别是注射器，这是因为通过缩短了与成形工具的接触而减少了由于成形工具导致的污染。另外，通过根据本发明的处理更少地加热成形工具，这也减少了污染。
相对非常短的处理时间的另一优点是减少了当处理含碱的玻璃时的碱过流 (alkali overflow) 0当玻璃被加热超过软化点吋，通常碱离子扩散到表面。该效果是令人烦恼的，特別是在药物封装装置的情况下，因为多种药物对于碱金属都是敏感的。由于通过根据本发明的设备的成形时间显著地短于在使用连接在各成形エ位的上游的燃烧器的传统成形的情況，因此明显地减少了表面上的碱富集。最终，使用燃烧器还会导致引入燃烧残留物和细灰尘。基于上述效果，很显然的是，通过本发明生产的玻璃产品在玻璃表面的化学特性方面也不同于以前通过使用燃烧器成形的玻璃产品。图7示出了包括若干如上所述的设备1的形式的成形エ位的成形系统10的示例性实施例的示意性视图。与现有技术已知的装置(其中使用若干步骤在多个成形エ位处连续地成形玻璃预制品)相反地，图7中所示的实施例的构思基于使玻璃管部分在玻璃管的部分的整个成形处理(例如，注射器锥体的成型)过程中停留在ー个成形エ位，或者设备1 中。在该示例性实施例中，成形系统10包括与现有技术已知的用于生产玻璃注射器的系统类似的圆盘传送器100。如所示出的，若干设备(例如八个设备1)安装在用于成形玻璃产品的圆盘传送器100上。在输入エ位102，设备1被加载有玻璃预制品，诸如玻璃管的部分。当加载后的设备1在圆盘传送器100上旋转到收回エ位103吋，在设备1中对玻璃预制品执行成形处理，诸如图1、3、4、6A-6F中描述的注射器锥体的成形。与已知的包括圆盘传送器的成形系统相反地，这里的成形工具能够直接布置在圆盘传送器上。还能够想到的成形系统的设计是，其中成形エ位1是固定的，并且彼此平行地加载或者卸载。在图8 中示出了这样的变形。玻璃管3被经由进给装置104，例如传送带，进给到加载和卸载装置 106。加载和卸载装置106在执行注射器锥体的激光成型的设备1之间分配玻璃管3。 在成形处理之后，具有成型的注射器锥体的玻璃管4的形式的中间或者最终的产品被从加载和卸载装置106进给到移除装置107，其将成形的玻璃管4传输到外部。对于本领域技术人员来说很显然的是，本发明不限于基于附图在上面描述的示例性实施例，而是能够在权利要求的主题的范围内以多种方式变化。特別地，能够彼此組合各个示例性实施例的特征。因此，基于玻璃注射器体的注射器锥体的成型在附图中描述了本发明。然而，本发明可以以对应的方式不仅应用于注射器体的手指支撑的成型，而且应用于其它玻璃预制品的成形。特別地，本发明通常非常适合于由玻璃生产药物封装装置。这些不仅包括注射器， 而且包括胶囊、瓶子和安瓿。使用激光作为加热装置也不是排他性的。相反地，可以额外地使用其它加热装置。因此，由于高加热功率，通过燃烧器执行预先加热以便减少成形处理之前的初始加热时间也是可能的，并且甚至是有利的。附图标记列表1 用于成形玻璃产品的设备3 玻璃管4 具有成型的注射器锥体的玻璃管5 激光
6透镜系统
7成形工具
9旋转装置
10成形系统
11尚温计
13控制装置
20玻璃管3的轴向剖面的虚拟边界
30要成形的玻璃管3的末端
33玻璃管3的照射区域
35锥体
37注射器筒
50激光束
51扇形光束
61偏转镜
63柱状透镜
64环形镜
65用于环形镜64的马达
66枢转镜
67振镜驱动器
70，71 辊
75心轴
76心轴75的基部
80玻璃管3的被加热的轴向部分
81-85玻璃管3的被加热的轴向部分80
90旋转装置9的驱动器
91夹具
100圆盘传送器
102输入工位
103收回工位
104进给装置
106加载和卸载装置
权利要求
1.一种用于成形玻璃产品的设备，包括-局部加热玻璃预制品的区域至高于其软化点的装置，以及-至少一个成形工具，用于成形由用于局部加热的所述装置加热的所述玻璃预制品的区域的至少一部分，用于局部加热的所述装置-包括激光器，-旋转装置，用于使所述成形工具和所述玻璃预制品相对于彼此旋转，并且-所述成形工具被设计为使得待成形的所述玻璃预制品的所述部分的表面区域不被所述成形工具覆盖，所述激光器或者连接到所述激光器下游的透镜系统被布置为使得在成形处理期间，激光照射未被所述成形工具覆盖的区域，并且其中提供控制装置(1 控制所述激光器，使得在成形期间所述玻璃预制品至少有时被所述激光加热。
2.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，所述成形工具(7)包括如下方式布置的一对辊所述一对辊的辊(70，71)在由所述旋转装置设置为转动的玻璃预制品的表面滚动。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述成形工具(7)被设计用于压缩中空玻璃预制品的部分。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的设备，其特征在于透镜系统(6)，所述透镜系统(6)连接在所述激光器(5)的下游，并且在待加热的所述玻璃预制品的所述部分中将激光功率分布在所述玻璃预制品上。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个成形工位，所述成形工位具有用于执行所有热成形步骤以在所述玻璃预制品的部分上生产最终产品的所有成形工具。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的设备，进一步包括温度测量装置，用于在所述成形处理之前或所述成形处理期间测量玻璃预制品的温度；在所述控制装置(1 中实施控制处理，所述控制处理基于由所述温度测量装置测量的温度控制激光功率，以便设置玻璃预制品上的预定温度或者预定温度/时间曲线。
7.一种成形玻璃产品的工艺，其中-局部加热玻璃预制品的区域至其软化点之上，并且-使用至少一个成形工具来成形由用于局部加热的装置加热的所述玻璃预制品的区域的至少一部分，用于局部加热的所述装置-包括激光器，所述激光器-发射具有一定波长的光，所述玻璃对于所述波长的光至多部分透明，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预制品，-所述成形工具和所述玻璃预制品由旋转装置相对于彼此旋转，并且-所述成形工具被设计为使得待成形的所述玻璃预制品的所述部分的表面区域未被所述成形工具覆盖，并且-所述激光器，或者连接到所述激光器的下游的透镜系统被布置为使得，在成形处理期间，激光照射在未被所述成形工具覆盖的所述区域，并且控制装置(1 控制所述激光器， 使得在成形期间所述玻璃预制品至少有时被所述激光加热。
8.根据前一权利要求所述的工艺，其特征在于，以沿所述玻璃预制品的加热的部分调整预定的温度曲线的方式，在位置或时间方面控制或调整激光辐射。
9.根据前述权利要求中的一个或两个所述的エ艺，其特征在于，测量所述玻璃预制品的温度，并且基于所述玻璃预制品的所测量的温度，由所述控制装置(1 控制所述激光器的激光功率。
10.根据前述权利要求任意一项所述的ェ艺，其中相对于成形处理之前的加热阶段期间的激光功率，照射的激光功率在所述成形处理期间被降低。
全文摘要
用于支持激光的玻璃成形的工艺和设备。本发明的目的是降低在诸如成形玻璃管以获得注射器体的玻璃产品成形期间的调整复杂度。为了加热待成形的玻璃预制品的玻璃，使用激光器，其发出具有一定波长的光，玻璃预制品的玻璃对于该波长的光至多部分透明，使得该光至少部分被吸收进玻璃。
文档编号C03B23/06GK102557404SQ20111028850
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月13日 优先权日2010年9月13日
发明者托马斯·里施, 格奥尔格·哈泽尔霍斯特 申请人:肖特公开股份有限公司