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Dokumentenidentifikation DE202007005062U1 16.08.2007
Titel Vorrichtung zur Herstellung eines Reflektors aus Glas oder Glaskeramik
Anmelder SCHOTT AG, 55122 Mainz, DE
Vertreter Witte, Weller & Partner, 70178 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 202007005062
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 16.08.2007
Registration date 12.07.2007
Application date from patent application 28.03.2007
IPC-Hauptklasse C03B 11/00(2006.01)A, F, I, 20070328, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F21V 7/00(2006.01)A, L, I, 20070328, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines nach außen offenen Reflektors aus Glas oder Glaskeramik, mit einem geschlossenen Boden, in dem mindestens eine Stanzöffnung vorgesehen ist.

Ein derartiger Reflektor ist aus der US 2004/0264200 A1 bekannt.

Ein aus Glas bestehender Reflektor wird zunächst durch Pressen eines Gobs in einer Form hergestellt und anschließend in seinem Bodenbereich mittels eines Brenners lokal aufgeheizt, so dass nachfolgend mit Hilfe eines Stempels und einer Matrize eine Öffnung aus dem Boden im erweichten Zustand des Glases ausgestanzt werden kann.

Anschließend wird der Reflektor im Bodenbereich feuerpoliert, um eine ausreichend glatte Oberfläche zu erzeugen.

Alternativ kann die Öffnung im Bereich des Bodens durch Bohren erzeugt werden. Auch in diesem Fall erfolgt anschließend ein Feuerpolieren, um eine glatte Oberfläche zu erzeugen.

Es hat sich gezeigt, dass bei derartigen Reflektoren zwar eine glatte Oberfläche im Bodenbereich gewährleistet ist, dass jedoch die Toleranzen bezüglich der erzeugten Öffnung ohne zusätzliche Nachbearbeitung häufig nicht eingehalten werden können. Aus diesem Grunde ist meist eine Nachbehandlung der Reflektoren durch Schleifen notwendig.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Reflektors aus Glas oder Glaskeramik bereitzustellen, der mindestens eine ausgestanzte Öffnung im Bodenbereich aufweist, die mit der notwendigen Präzision auf möglichst kostengünstige Weise hergestellt ist. Dabei soll eine möglichst präzise Einhaltung der maßgeblichen Toleranzen ermöglicht werden, ohne dass der Reflektor in aufwändiger Weise durch Schleifen oder dergleichen nachbearbeitet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Vorrichtung zur Herstellung von Reflektoren aus Glas oder Glaskeramik mit folgenden Merkmalen gelöst:

  • – einer Presseinrichtung zum Pressen eines nach außen offenen Reflektors mit einem geschlossenen Boden in einer Form bei einer Temperatur oberhalb der Transformationstemperatur (Tg);
  • – einer Halterung mit einer Öffnung zur Aufnahme eines in der Presseinrichtung gepressten Reflektors;
  • – einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Reflektors im Bereich seines Bodens;
  • – einer Stanzeinrichtung mit mindestens einem Stößel und einer zugeordneten Matrize, in der mindestens eine Öffnung vorgesehen ist, in die der Stößel zumindest teilweise einfahrbar ist und
  • – einer Hebeeinrichtung zum Anheben des Reflektors vor dem Stanzvorgang an seinem Boden mittels der Matrize von unten.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Da der Boden vor dem Ausstanzen der Öffnung mittels einer Matrize von unten angehoben wird, wird das Entstehen eines Spaltes zwischen dem Boden des Reflektors und der Matrize vermieden. Auf diese Weise wird vermieden, dass während des nachfolgenden Ausstanzvorgangs Glasfäden gezogen werden, welche sich bei geringen verbleibenden Spalten zwischen Reflektorboden und Matrizenoberfläche bilden könnten. So wird eine präzise Herstellung der auszustanzenden Öffnung gewährleistet.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist eine Stützeinrichtung zur seitlichen Abstützung des Reflektors beim Anheben durch die Matrize vorgesehen.

Auf diese Weise kann die Positionierung der auszustanzenden Öffnung an dem Reflektor noch genauer kontrolliert werden.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung wird der Reflektor an von der Matrize nach oben hervorstehenden Halteelementen seitlich abgestützt.

Da die Halteelemente somit mit der Matrize verbunden sind, kann der Reflektor in einfacher Weise beim Anheben mittels der Matrize von unten automatisch seitlich abgestützt und zentriert werden.

Auf diese Weise ist eine besonders korrekte Positionierung der ausgestanzten Öffnung gewährleistet.

So weit der Reflektor einen topfförmig ausgebildeten Boden aufweist, so wird dieser beim Schritt des Anhebens durch die Matrize vorzugsweise durch Anlage an von der Matrize gehaltenen stabförmigen Halteelementen seitlich abgestützt.

Auf diese Weise ist eine einfache und zuverlässige Abstützung an den Halteelementen gewährleistet.

Hierbei werden vorzugsweise stabförmige Halteelemente in Form von Hartmetallstiften verwendet.

Auf diese Weise wird eine vorzeitige Abnutzung der Halteelemente durch Angriff des über den Erweichungspunkt hinaus erwärmten Glases weitgehend vermieden.

Während des Anhebens des Reflektorbodens durch die Matrize wird diese vorzugsweise nur um einen geringen Betrag angehoben, nämlich um einen Betrag zwischen 0,1 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 mm, weiter bevorzugt zwischen 0,1 und 1 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 mm.

Durch eine derartig geringe Anhebung der Matrize wird eine präzise Anlage der Matrize an dem Reflektorboden gewährleistet und gleichzeitig durch das Anheben des Reflektors bedingten Instabilitäten des Reflektors entgegengewirkt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Reflektor während des Anhebens mittels der Matrize aus der Öffnung der Halterung abgehoben und lediglich seitlich im Bereich seines Bodens an der Matrize gehalten.

Auf diese Weise ist die Positionierung der auszustanzenden Öffnung im Reflektorboden ausschließlich durch die Matrize und die damit verbundenen Halteelemente vorgegeben, so dass sich eine besonders hohe Präzision bei der Positionierung der auszustanzenden Öffnung(en) am Reflektorboden ergibt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Widerlager, vorzugsweise in Form einer Platte, vorgesehen, gegen die der Reflektor beim Anheben gedrückt wird.

Auf diese Weise kann der Abstand zwischen dem oberen Ende des Reflektors und dem Reflektorboden präzise auf ein Sollmaß gebracht werden, ohne dass hierzu eine Nachbehandlung etwa durch Schleifen erforderlich ist. Etwaige Toleranzen werden hierbei im Bodenbereich durch minimales seitliches Auswandern des Materials ausgeglichen, was jedoch nicht nachteilig ist, da in der Dimension quer zur Längsachse des Reflektors größere Toleranzen zulässig sind. Trotz vereinfachter Herstellung werden so vorgegebene Toleranzen in Längsrichtung des Reflektors präzise eingehalten.

Durch einen speziellen Brenner, etwa in Form eines H2O2-Brenners, wird es ermöglicht, den Reflektor vor dem Ausstanzen der Öffnung aus dem Boden vorzugsweise im Bereich seines Bodens mit einer hohen Aufheizgeschwindigkeit von mindestens 100 K/s, vorzugsweise von mindestens 200 K/s, weiter bevorzugt von mindestens 300 K/s auf eine Temperatur deutlich oberhalb der Transformationstemperatur Tg zu erwärmen.

Vorzugsweise ist der Brenner zur lokalen Erwärmung des Reflektors im Bereich seines Bodens auf eine Temperatur von 700–1000°C, vorzugsweise im Bereich von 800–1000°C, weiter bevorzugt im Bereich von 850–950°C ausgebildet.

Je nach Art und Zusammensetzung des verwendeten Glases bzw. der verwendeten Glaskeramik wird so ein optimaler Ausstanzvorgang ermöglicht, ohne dass die Oberfläche des Glases bzw. der Glaskeramik beschädigt wird oder dass sich Glasfäden während des Ausstanzvorgangs ergeben.

Vorzugsweise ist eine Handlingeinrichtung vorgesehen, um den Reflektor nach seiner Herstellung durch Pressen im noch heißen Zustand aus seiner Form zu entnehmen und in die Öffnung der Halterung einzusetzen.

Zur anschließenden lokalen Erwärmung wird vorzugsweise ein Brenner verwendet, der von unten gegen den Boden des Reflektors gerichtet ist.

Durch einen H2O2-Brenner kann eine sehr schnelle gezielte Erwärmung des Reflektors im Bodenbereich in kürzester Zeit ermöglicht werden, wodurch einerseits die Bearbeitungszeit verkürzt wird und andererseits eine Erwärmung des Reflektors selbst im Bereich seiner optisch wirksamen Innenfläche und damit ein Verziehen des Reflektors vermieden wird.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

1 eine Prinzipskizze zur Herstellung eines Reflektors durch einen Pressvorgang aus einem Gob;

2 einen vergrößerten Querschnitt durch einen in eine Öffnung einer Halterung eingesetzten Reflektor mit einem zugeordneten Brenner zur lokalen Erwärmung des Bodenbereiches;

3 eine Schnittdarstellung durch den Reflektor gemäß 2, aus der der nachfolgende Schritt des Anhebens des Reflektors mittels einer Matrize von unten ersichtlich ist;

4 eine Aufsicht auf den Reflektor gemäß 3 von oben, nach Ausstanzen einer mittigen Öffnung aus dem Boden und

5 eine Aufsicht auf eine alternative Ausführung einer Matrize mit zugeordneten Halteelementen, die zum Ausstanzen von zwei nebeneinander angeordneten Öffnungen aus dem Boden eines Reflektors ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Herstellung von Reflektoren aus Glas oder Glaskeramik, die insbesondere zur Beleuchtung mit energiereichen Lichtquellen etwa bei Beamern oder dergleichen eingesetzt werden. Da solche Reflektoren einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt sind und gleichzeitig eine präzise Einhaltung der Toleranzen erforderlich ist, werden diese seit einiger Zeit aus Gläsern oder Glaskeramik hergestellt, die meist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von etwa 30 – 45 × 10–7/K aufweisen und eine ausreichende thermische Beständigkeit von bis zu 600°C oder mehr aufweisen. Die Innenoberfläche derartiger Reflektoren wird nach der Herstellung mit einem geeigneten Material, z.B. Aluminium, beschichtet und kann dann etwa zur Reflekton von Licht bei energiereichen Beleuchtungsquellen verwendet werden.

Erfindungsgemäß werden nun im Boden eines solchen Reflektors herzustellende Öffnung(en) durch Ausstanzen des erweichten Materials erzeugt, wobei durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine sehr präzise Einhaltung von Toleranzen und eine hohe Oberflächenqualität gewährleistet ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein solcher Reflektor zunächst durch einen Pressvorgang aus einem Gob in an sich bekannter Weise hergestellt. Als Ausgangsmaterial für den Reflektor sind grundsätzlich alle Gläser geeignet, die die Spezifikationen für einen derartigen Reflektor aus Glas oder Glaskeramik erfüllen. Im Allgemeinen liegt die Transformationstemperatur Tg bei mindestens 550°C.

1 zeigt eine insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnete erfindungsgemäße Pressvorrichtung zur Herstellung von Reflektoren, mit einem Drehteller 12, in dem eine Mehrzahl von Formöffnungen 14 vorgesehen ist und der um eine Drehachse 20 drehbar ist, wie durch einen Pfeil 22 angedeutet. An einem Presswerkzeug 16 ist ein zugeordneter Pressstempel 18 vorgesehen. Das Presswerkzeug 16 kann gegen den Drehteller 12 in Richtung des Pfeiles 24 verfahren werden, um aus einem in einer Formöffnung 14 positionierten Gob ein Pressglasprodukt in der gewünschten Form eines Reflektors herzustellen. Durch Verdrehen des Drehtellers 12 können so nacheinander eine Reihe von Reflektoren an den verschiedenen Formöffnungen 14 des Drehtellers 12 nach Zuführung jeweils eines Gobs in eine der Formöffnungen 14 mittels einer zugeordneten Handlingeinrichtung gepresst werden.

Der Pressvorgang geschieht in an sich bekannter Weise bei einer Temperatur deutlich oberhalb der Transformationstemperatur in einem Bereich, in dem die betreffende Glasmatrix ausreichend erweicht ist.

Während des Pressvorgangs lässt sich zwar die Form der Reflektorinnenfläche ausreichend präzise abbilden, ohne dass eine aufwendige Nachbearbeitung der Innenoberfläche ermöglicht ist, jedoch können Öffnungen, die im Bodenbereich erzeugt werden müssen, während des Pressvorgangs nicht mit ausreichender Präzision hergestellt werden.

Hierzu werden die Reflektoren unmittelbar nach ihrer Herstellung mittels eines geeigneten Handlinggerätes im noch warmen Zustand entnommen und in eine geeignete Halterung 38 gemäß 2 eingesetzt. Die Halterung 38 besteht aus einer in einem Aufnahmetisch 36 gehaltenen Platte 38, in der eine Öffnung 40 vorgesehen ist, die an die Kontur der Außenoberfläche des Reflektors 30 angepasst ist. Ein in die Halterung 38 im noch heißen Zustand eingesetzter Reflektor 30 wird anschließend im Bereich seines topfförmig ausgebildeten Bodens 34 zunächst von unten mit einem H2O2-Brenner 42 gezielt erwärmt. Der verwendete Brenner 42 weist eine sehr hohe Brennerleistung auf und ermöglicht in kurzer Zeit ein Aufheizen von einer Temperatur im Bereich von etwa 500°C wieder auf einen Bereich mit Rotglut, also auf eine Temperatur in der Größenordnung von etwa 900°C, in weniger als einer Sekunde, z.B. in 0,8 Sekunden.

Der Aufnahmetisch 36 wird anschließend weggedreht und in einem nachfolgenden Schritt, der in 3 näher erläutert ist, die mindestens eine Öffnung am Boden 34 des Reflektors 30 durch einen Stanzvorgang hergestellt. Hierzu wird eine Matrize 44 mittels einer Hubeinrichtung von unten her gegen den topfförmig ausgebildeten Boden 34 gedrückt, wodurch der Reflektor um einen geringen Betrag, der in der Regel zwischen 0,1 und 1 mm liegt, angehoben wird.

Auf der Außenseite des Reflektors 30 kann hierbei, wie in 3 gezeigt, eine Platte 60 als Anlagefläche für den Reflektor 30 verwendet werden. Da der Reflektor 30 während des Schritt des Anhebens durch die Matrize 44 nach oben leicht von seiner Auflage in der Öffnung 40 der Halterung 34 abgehoben wird, sind zwecks einer präzisen Positionierung des Reflektors 30 Halteelemente 46 vorgesehen, durch die der Reflektor 30 in einem Bereich 56 seines topfförmigen Bodens 34, vorzugsweise etwa im unteren Drittel des Bodens 34, gehalten wird.

Durch diese Halteelemente 46, die vorzugsweise als Hartmetallstifte ausgeführt sind und die über Stützarme 48 unmittelbar an der Matrize 44 befestigt sind, wird der Reflektor 30 während des Anhebens durch die Matrize 44 seitlich abgestützt und präzise positioniert.

Auf diese Weise wird bei einem nachfolgenden Stanzvorgang eine präzise Positionierung der auszustanzenden Öffnung(en) gewährleistet.

Die Stanzeinrichtung umfasst einen Stempel 52 aus Hartmetall, der einen glatten Stanzabschnitt 54 mit scharfen Kanten aufweist, und ferner die Matrize 44 mit mindestens einer dem Stempel 52 zugeordneten Öffnung 50.

In der Matrize 44 sind hierbei entsprechend der auszustanzenden Öffnung(en) des Reflektorbodens eine oder mehrere zugeordnete Öffnung(en) vorgesehen, in die jeweils ein Stanzabschnitt 54 eines oder mehrerer zugeordneter Stößel 52 einfahren kann, um die Öffnung bzw. die Öffnungen aus dem Boden 34 des Reflektors 30 ausstanzen zu können.

Dabei wird ein gewisses Spiel von wenigen Zehntel Millimetern zwischen dem Stanzabschnitt 54 und der zugeordneten Öffnung 50 der Matrize 44 verwendet. Durch die Anlage des Reflektors 30 an seinem oberen Ende gegen die Platte 60 während des Anhebens der Matrize 44 von unten wird ein präzises Maß zwischen dem oberen Ende des Reflektors 30 und dem unteren Ende des Reflektorbodens 34 eingehalten, da das zuvor erweichte Material etwaige Abweichungen durch seitliches Ausweichen ausgleicht. Gleichzeitig wird eine exakte Positionierung des Reflektors 30 unterstützt. Ferner wird durch Andrücken der Matrize 44 gegen den Reflektorboden 34 von unten die Entstehung von Glasfäden während des Stanzschrittes vermieden.

Gegebenenfalls können zusätzlich Mittel zum Kühlen der Matrize 44 und/oder der Stempel 52 vorgesehen sein.

Bei der Ausführung gemäß 3 sind jeweils einander gegenüberliegende Halteelemente 46, also insgesamt vier Halteelemente vorgesehen.

Alternativ können beispielsweise auch drei Halteelemente 46a gemäß 5 verwendet werden, die in einer Dreieckskonfiguration angeordnet sind. 5 zeigt die Aufsicht auf eine entsprechend ausgebildete Matrize 44a, in der drei Hartmetallstifte als Halteelemente 46a in einer Dreieckskonfiguration angeordnet sind. Die Matrize 44a weist im Gegensatz zu der Matrize 44 gemäß 3 zwei Öffnungen 50a auf, so dass während des Stanzvorgangs zwei nebeneinander liegende Öffnungen aus dem Boden 34 des Reflektors 30 ausgestanzt werden können.

4 zeigt eine Aufsicht des Reflektors 30 nach Ausstanzen einer Öffnung 58 am Boden 34.

Es versteht sich, dass die Form des hier dargestellten Reflektors 30 lediglich rein beispielhafter Natur ist und dass die erfindungsgemäße Vorrichtung unabhängig von der Form des jeweiligen Reflektors 30 angewendet werden kann.

Außerdem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung von der Art des verwendeten Materials für das Glas oder die Glaskeramik weitgehend unabhängig, sofern in einem geeigneten Temperatur- bzw. Viskositätsbereich gearbeitet wird.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Herstellung eines Reflektors aus Glas oder Glaskeramik mit:

– einer Presseinrichtung (10) zum Pressen eines nach außen offenen Reflektors (30) mit einem geschlossenen Boden (34) in einer Form (14) bei einer Temperatur oberhalb der Transformationstemperatur (Tg);

– einer Halterung (38) mit einer Öffnung (40) zur Aufnahme eines in der Presseinrichtung (10) gepressten Reflektors (30);

– einer Heizeinrichtung (42) zum Erwärmen des Reflektors (30) im Bereich seines Bodens (34);

– einer Stanzeinrichtung mit mindestens einem Stößel (52) und einer zugeordneten Matrize (44; 44a), in der mindestens eine Öffnung (58) vorgesehen ist, in die der Stößel (52) zumindest teilweise einfahrbar ist und

– einer Hebeeinrichtung zum Anheben des Reflektors (30) vor dem Stanzvorgang an seinem Boden (34) mittels der Matrize (44; 44a) von unten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Stützeinrichtung zur seitlichen Abstützung des Reflektors (30) an der Matrize (44; 44a) während des Anhebens durch die Matrize (44; 44a) im Bereich seines Bodens. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei dem die Stützeinrichtung nach oben hervorstehende Halteelemente zur seitlichen Abstützung des Reflektors (30) an der Matrize (44; 44a) aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei dem an der Matrize (44; 44a) gehaltene stabförmige Halteelemente (46; 46a) zur seitlichen Abstützung des Reflektors (30) im Bereich (34) seines topfförmig ausgebildeten Bodens vorgesehen sind. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei dem die stabförmigen Halteelemente (46; 46a) als Hartmetallstifte ausgebildet sind. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Hebeeinrichtung zum Anheben des Reflektors (30) durch die Matrize (44; 44a) um einen Betrag zwischen 0,1 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 mm, weiter bevorzugt zwischen 0,1 und 1 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 mm ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Hebeeinrichtung zum Abheben des Reflektors (30) aus der Öffnung (40) ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Widerlager, vorzugsweise in Form einer Platte (60), gegen das der Reflektor (30) von unten andrückbar ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Heizeinrichtung einen Brenner (42) aufweist, der zur Erwärmung des Reflektors (30) im Bereich seines Bodens (34) mit einer Aufheizgeschwindigkeit von mindestens 100 K/s, vorzugsweise von mindestens 200 K/s, weiter bevorzugt von mindestens 300 K/s ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Heizeinrichtung (42) zur Erwärmung des Reflektors (30) im Bereich seines Bodens (34) auf eine Temperatur von 700 bis 1000 °C, vorzugsweise im Bereich von 800 bis 1000 °C, weiter bevorzugt im Bereich von 850 bis 950 °C, ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Brenner (42) von unten gegen den Boden (34) des Reflektors (30) gerichtet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Brenner (42) als H2O2-Brenner ausgebildet ist.






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