DE853800C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gegenstaenden aus geschmolzenem Quarz - Google Patents

Description

Das Schmelzen von Quarz und das von Glas verläuft nach einer sehr voneinander verschiedenen Charakteristik. Quarz erweicht für die Verformung in hinreichendem Maße bei Temperaturen von oberhalb 1700⁰ C. Mit stärkerer Erhitzung aber geht Quarz nicht in den flüssigen Zustand über, sondern verflüchtigt sich in dem Maße, in welchem diese weitere Erhitzung erfolgt. Im Gegensatz hierzu schmelzen und läutern die Gläser von üblicher Zusammensetzung völlig zwischen 1400 und 1500° C und sind bereits bei um 1200⁰ C liegenden Temperaturen gießfähig. Allgemein gesagt ändert sich die Viskosität von Quarz wesentlich langsamer als die von Glas, so daß die Herstellung von Gegenständen aus Quarz, insbesondere von Hohlkörpern mit geringer Wandstärke, wie Laboratoriumsgefäßen und -tiegeln, besondere Verfahren anzuwenden erfordert, die nicht nur von denen verschieden sind, welche bei der Glasherstellung angewendet werden, sondern auch von denen, die man bisher für das Formen und Blasen von Quarz verwendet hat.

Von den bekannten Verfahren bestehen die einen darin, daß Röhren aus erweichtem Quarz in der Wärme gezogen und dann auf die derart erweichte Masse Formen zur Einwirkung gebracht werden, durch welche dieser die Form der herzustellenden Gegenstände gegeben wird, worauf die Oberfläche der Gegenstände, welche sich nicht in Berührung mit der Form befindet, feuerglasiert und hierdurch die durch die Gasbläschen, welche auf die Oberfläche des

erweichten Materials, in welchem sie eingeschlossen sind, emporsteigen, entstandenen Poren verschlossen werden.

Bei anderen Verfahren werden die Röhren aus Quarz längs einer Erzeugenden gespaltet und in die Form von Platten übergeführt und dann durch die Zusammenwirkung von Gas unter Druck oder unter Unterdruck mit Brennern, mit deren Hilfe man gleichzeitig die freie Oberfläche der so hergestellten ι ο Gegenstände, beispielsweise den Teil derselben, welcher sich nicht in Berührung mit der Form befindet, glasiert, geformt. Bei der Herstellung von sehr hohlen Gegenständen erfolgt die Formgebung in zwei Zeiten derart, daß durch den vorstehend beschriebenen Arbeitsvorgang eine erste Auswölbung geschaffen wird, die man anschließend in einem Ofen wieder erhitzt, um nunmehr mit Hilfe einer Form die endgültigen Konturen des herzustellenden Gegenstandes zu schaffen.

ao Da das Glasieren eine höhere Temperatur erfordert als die Formgebung, besteht die Gefahr einer Verformung der Gegenstände aus geschmolzenem Quarz, wenn man sie nach der Formgebung glasiert, und es ist schwierig, häufig sogar unmöglich, dem geformten Gegenstand an jeder seiner Stellen die gewollte Form und Dicke zu erteilen, wenn die Formgebung und das Glasieren gleichzeitig erfolgen, denn die Temperatur dieser beiden miteinander verbundenen Arbeitsvorgänge ist die, welche an sich für das Glasieren erforderlich ist. Hieraus geht hervor, daß die bekannten Verfahren es nicht ermöglichen, gleichzeitig sowohl eine fehlerfreie Glasur, wie eine fehlerfreie Formgebung zu erzielen.

Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten. Sie besteht darin, daß zuerst die Oberfläche des Stücks aus geschmolzenem Quarz, das geformt werden soll, feuerglasiert wird, wobei die Temperatur derart geregelt wird, daß der Teil dieses Werkstücks, welcher zur Bildung des geformten Gegenstandes bestimmt ist, an allen Punkten vollständig glasiert wird und trotzdem an allen Punkten seiner Masse den Viskositätsgrad besitzt, welcher notwendig ist, um dem Gegenstand bei der endgültigen Verformung sein gewünschtes Profil bzw. die gewünschte Dicke zu verleihen, während der andere Teil, insbesondere in der Nachbarschaft des Trägers des Werkstücks, starrer bleibt, worauf die Erhitzung eingestellt wird und nach einer hinreichenden, je nach der Dicke des Werkstücks bemessenen Verringerung der Temperatur die endgültige Formung erfolgt.

Die Durchführung des neuen Verfahrens erfolgt in folgender Weise:

i. Man glasiert zunächst in der Hitze die beiden Oberflächen einer Platte aus geschmolzenem Quarz von normaler Dicke, indem man aufeinanderfolgend jede dieser Flächen von unten durch eine intensive Wärmequelle erhitzt, während die Platte mit ihren Kanten auf einem hohlen Träger aufruht derart, daß ein Teil der heißen Gase diese Kanten umstreicht, um so oberhalb der Platte eine Temperatur aufrechtzuerhalten, welche ausreicht, um zu verhindern, daß der Quarz Risse bekommt, wobei die Hitze durch eine in geeigneter Weise geregelte Verschiebung der Wärmequelle in bezug auf die Platte verteilt wird, um so den Kanten derselben ein größeres Maß an Starrheit zu erhalten.

2. Nunmehr beendet man die Erhitzung und voll zieht die Formgebung, indem man die Form auf die obere Fläche der noch durch den Träger abgestützten Platte zur Einwirkung bringt.

Wenn es sich um die Herstellung eines Gegenstandes von örtlich verschiedener Dicke handelt, verändert man die Verteilung der Hitze während des Glasierens der zweiten Fläche der Platte entsprechend den ver schiedenen Dicken, die der zu formende Gegenstand an den einzelnen Punkten erhalten soll. Im Falle beispielsweise eines Tiegels, dessen Boden eine größere Dicke besitzen muß als seine Seitenwandungen, wird die Mitte der Platte weniger stark erhitzt als die umgebende Zone.

Als Wärmequelle wird vorzugsweise der elektrische Lichtbogen verwendet, und zwar mit einer Leistung von ungefähr 2 kW je Quadratzentimeter Oberfläche der zu erhitzenden Platte.

Die Aufrechterhaltung einer niedrigeren Temperatur an den Kanten der Platte kann nicht nur durch ge eignete Verschiebungen der Wärmequelle, sondern auch durch die Zwischenschaltung von Schirmen zwischen diese Kanten und die Wärmequelle erfolgen.

Solche Schirme können auch verwendet werden, um beim Ende des Glasiervorganges die Zonen der Platte zu schützen, welche bei der Formgebung eine größere Dicke beibehalten sollen.

Das Zeitintervall zwischen dem Ende der Erhitzung und der Verformung muß je nach der Dicke der Platte verschieden sein. Es beträgt für Platten von 2 bis 7 mm Dicke 1 bis 5 Sekunden.

Durch Anwendung der beschriebenen Maßnahmen ist es u. a. möglich, Gegenstände von beliebigem Profil herzustellen, deren Oberfläche völlig glasiert und deren Dicke in gewünschter Weise bemessen ist. Gegenstände der Erfindung sind ferner neue Vor richtungen für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens, nämlich:

Ein Ofen mit zwei Arbeitsräumen, welche vonein- ander durch die zu erhitzende Platte getrennt sind und von denen nur der eine die Wärmequelle enthält, während der andere so ausgebildet ist, daß er sehr schnell geöffnet werden kann, um so die Verformung der erweichten Platte an Ort und Stelle einige Se- no künden nach Beendigung der Erhitzung zu ermög lichen, ferner eine Wärmequelle, deren Verschiebung parallel zu der Platte durch einen regelbaren Me chanismus gesteuert wird, und eine Form, die aus einem Stempel zur Erzeugung der ersten Auswölbung und einem Saugnapf besteht, in dessen Innerem je nach Wunsch zunächst ein Unterdruck erzeugt werden kann, um so ein völliges Anlegen der Aus wölbung an die Formwandung zu sichern, und dann ein Überdruck, um hierdurch das verfestigte Form- stück aus der Form zu lösen.

In den Abbildungen sind beispielsweise Ausfüh rungsformen dieser Vorrichtungen veranschaulicht.

Abb. ι ist ein senkrechter Schnitt durch den Ofen mit der Erhitzungsvorrichtung, Abb. 2 ein Grundriß des oberen Teiles des Ofens;

Abb. 3 veranschaulicht im senkrechten Schnitt eine Art der Form mit ihrer Steuervorrichtung (Reliefform) ;

Abb. 4 zeigt die Arbeitsweise einer Form der in Abb. 3 dargestellten Art bei einer Platte aus plastischem Quarz;

Abb. 5 stellt einen Vertikalschnitt durch eine Form, die als Hohlform ausgebildet ist, dar;

Abb. 6 schließlich ist ein senkrechter Schnitt durch ίο eine Vorrichtung, die eine Reliefform und eine Hohlform umfaßt und die Zusammenwirkung zweier solcher Formen veranschaulicht.

Gemäß Abb. ι und 2 ist die Platte ι aus geschmolzenem Quarz an ihren Kanten auf einer ausgehöhlten Platte 2 gelagert, welche mit Auskerbungen 3 versehen ist, die den Durchtritt der heißen Ofengase von unterhalb nach oberhalb der Platte ermöglichen.

Die Platte 2 teilt den Ofen in zwei Arbeitsräume, einen unteren, 4, welcher die Wärmequelle aufnimmt, und einen oberen, 5, dessen Wandungen aus zwei beweglichen Segmenten 6 und 7 zusammengesetzt sind, die an zwei Achsen 8 und 9, welche von dem Fundament 10 des Ofens getragen werden, angelenkt sind. Diese Segmente, welche durch eine Feder 11 zusammengehalten werden, können durch Betätigung von Gestängen 12 und 13 mit Hilfe eines nicht dargestellten Mechanismus sehr schnell voneinander entfernt werden.

Eine Rohrschlange 14, die von einem Kühlmittel durchströmt wird, ermöglicht es, erforderlichenfalls die Temperatur der Platte 2 zu regeln.

öffnungen 15 sichern den Abzug der heißen Gase, welche sich im Inneren des Raums 4 entwickeln, und ein Schauloch 16 ermöglicht es, das Verhalten der Platte zu überwachen.

Die Wärmequelle ist ein elektrischer Lichtbogen,

welcher zwischen Kohleelektroden 17 verläuft. Diese Elektroden sind in Klemmen 18 befestigt, die mit einer nicht dargestellten elektrischen Stromquelle über Leitungen 19 verbunden sind.

Die Elektroden 17 führen durch öffnungen 20 einer Schale 21 aus feuerfestem Werkstoff hindurch, welche mit einem Auflager 22 versehen ist. Dieses Auflager ist beweglich auf zwei Gruppen von Gleitstücken 23 und 24, die von dem Fundament des Ofens getragen werden. Die Klemmen 18 sind an Lagern 25 angelenkt, die ihrerseits an dem Auflager 22 befestigt sind, und tragen Rollen 26, die in einem Gestell 27 beweglich sind, welches seinerseits auf einer Hülse 28, die an dem Auflager 22 befestigt ist, gleiten kann. Im Inneren dieser Hülse ist eine Sprungfeder 29 angeordnet, welche das Gestell 27 in einem veränderbaren Abstand von dem Auflager 22 mittels eines Kabels 30 hält, dessen Enden in der Mitte des Auflagers und an dem Träger eines Handgriffs 31 befestigt sind, welcher auf das eine Ende eines biegsamen Steuerorgans 32 einwirkt, dessen anderes Ende sich gegen die untere Fläche des Gestells 27 abstützt. Der Handgriff ermöglicht es so, die Neigung und infolgedessen den Abstand der Elektroden 17 voneinander zu regeln.

An zwei unteren Vorsprüngen 33 und 34 der Hülse 28 sind Exzenterringe 35 und 36 angelenkt, deren Stangen durch einen nicht dargestellten Mechanismus betätigt werden, so daß hierdurch nach Belieben eine Verschiebung der Hülse 28 und infolgedessen des Lichtbogens zwischen den Elektroden 17 erfolgen kann.

Die in der Abb. 3 und 4 dargestellte Form besteht aus einem von einer Kammer 38 überragten Stempel 37 und einem Saugnapf 39, dessen Hohlraum durch Kanäle 40 mit der Kammer 38 in Verbindung steht. In die Kammer 38 reicht ein starres Rohr 41 hinein, welches durch eine biegsame Röhre 42 mit einem Dreiwegehahn 43 in Verbindung steht und so nach Belieben in die Vakuumleitung 44 oder die Druckluftleitung 45 angeschlossen werden kann. Die Röhre 41 und die Form, an welcher sie befestigt ist, können in senkrechter Richtung in einer Hülse 46 verschoben werden, welche an einem einen Teil des Fundaments des Ofens bildenden Gerüst 47 befestigt ist. Diese Verschiebung erfolgt mit Hilfe eines Hebels 48 mit Gegengewicht 49, der seinerseits an einem an dem Gerüst 47 angelenkten Lenker 50 drehbar befestigt ist.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Abb. 3 besteht darin, daß die Form auf die Platte aus geschmolzenem und glasiertem Quarz abgesenkt wird, um so zunächst eine Auswölbung 58 (Abb. 4) durch den Stempel 37 zu erzeugen, und, sobald sich die Kanten des Saugnapfes 39 an diese Auswölbung anlegen, in dem Hohlraum des Saugnapfes einen Unterdruck zu erzeugen, indem dieser mit der Unterdruckleitung 44 mittels des Dreiwegehahns 43 verbunden wird. Hierdurch wird ein vollständiges Anliegen der Auswölbung an den Flanken des Stempels und den Boden des Hohlraums des Saugnapfes erzielt. Alsbald danach wird das geformte Werkstück aus der Form herausgenommen, indem diese mittels des Dreiwegehahns 43 mit der Druckluftleitung 45 verbunden wird.

Die in Abb. 5 dargestellte Form besteht nur aus dem Saugnapf 39, dessen Hohlraum noch durch die Kanäle 40 mit der Kammer 38 verbunden ist. Mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 5 wird die Formgebung in einem einzigen Arbeitsgang durch das Absenken des Saugnapfes 39 auf die glasierte Platte aus geschmolzenem Quarz und den folgenden Anschluß des Hohlraums des Saugnapfes an die Vakuumleitung 44 mit Hilfe des Dreiwegehahns 43 (Abb. 3) erzielt, denn die Quarzplatte erhält ihre endgültige Form, indem sie sich auf der Innenwandung dieses Hohlraums formt. Die Entfernung des geformten Gegenstandes erfolgt, wie in dem vorhergehenden Fall, unmittelbar danach.

Die in Abb. 6 dargestellte Form besteht aus zwei Teilen. Der eine die Matrize darstellende besteht aus dem hohlen Stempel 51, dessen mittlerer Hohlraum 52 durch einen Kanal 53 in Verbindung mit der Außenluft steht, sowie dem Saugnapf 39, dessen Hohlraum durch Kanäle 40 mit der Kammer 38 verbunden ist, in welche das starre Rohr 41, das an der Form befestigt ist, hineinreicht. Die Matrize besteht aus einem Raum 54, welcher durch zwei einander benachbarte Teile gebildet wird, und einer Kappe 57 oberhalb dieses Hohlraums 54, zwischen welcher und dem Behälter 54 ein Ringkanal 56 ausgespart ist, durch welchen der Innenraum des Teiles 54 mit einer Vakuumleitung 57 in Verbindung steht.

Mit Hilfe der in Abb. 6 beschriebenen Vorrichtung wird eine Auswölbung 59 wie die nach Abb. 3 gebildet, jedoch haftet diese lediglich am Umfang des Saugnapfes 39 an, ohne in dessen Hohlraum einzudringen. So gehalten wird sie in den Raum 54 eingeführt, bis die Kanten des Saugnapfes sich an den ringförmigen Umfang der Kappe 55 angelegt haben. In diesem Augenblick wird die Unterdruckleitung 57 geöffnet, während die Außenluft durch den Kanal 53 und den inneren Hohlraum 52 des Stempels 51 in das Innere der Auswölbung sich auf der Innenwand des Raums 54 und der inneren Kante der Kappe 55 formt. Die Entfernung des geformten Gegenstandes erfolgt durch Voneinanderentfernen der beiden Teile, welche den Raum 54 bilden, und Abnahme der Kappe 55.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus geschmolzenem Quarz, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Gesamtoberfläche des zur Bildung des geformten Gegenstandes bestimmten Teiles des Werkstücks feuerglasiert wird, wobei die Temperatur derart geregelt wird, daß dieser Teil an aÜen Punkten seiner Masse diejenige Viskosität besitzt, welche erwünscht ist, um bei der Verformung dem Gegenstand das gewollte Profil und die gewollte Dicke zu geben, während der andere Teil, insbesondere in den dem Fuß des Werkstücks benachbarten Zonen, starrer bleibt, worauf die Erhitzung eingestellt wird und nach einer ausreichenden Herabsetzung der Temperatur, deren Maß von der Dicke des Werkstücks abhängt, die Verformung erfolgt.
2. 2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die beiden Oberflächen einer Platte aus geschmolzenem Quarz von gleichmäßiger Dicke glasiert werden, indem aufeinanderfolgend jede Fläche von unten mit Hilfe einer intensiv wirkenden Wärmequelle erhitzt wird, während die Platte an ihren Kanten auf einem hohlen Träger gelagert ist und indem die Wärme durch eine in geeigneter Weise geregelte Verschiebung der Hitzequelle gegenüber der Platte verteilt wird, worauf mit der Erhitzung aufgehört wird und die Formgebung erfolgt, indem auf die Oberfläche der Platte, während diese sich noch auf ihrem Träger befindet, die Form zur Einwirkung gebracht wird.
3. 3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Ofen mit zwei Arbeitsräumen, von welchen der eine die Wärmequelle enthält und der andere aus beweglichen Teilen besteht, welche seine schnelle öffnung ermöglichen, ferner eine Wärmequelle, die mit Hilfe eines diese Verschiebung regelnden Mechanismus gegenüber der Quarzplatte verschieblich ist, und eine Form mit oder ohne Stempel, mit Saugnapf und mit oder ohne Formhohlraum, wobei der Saugnapf und der Hohlraum so eingerichtet sind, daß sie je nach Belieben unter Druck oder unter Unterdruck gesetzt werden können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   φ 5578 12.