DE10022903A1 - Verfahren zur Herstellung von dünnen scheibenförmigen Glashalbzeugen - Google Patents

Abstract

Dünne scheibenförmige Glashalbzeuge wie beispielsweise Substrate, Linsen und Festplattenrohlinge werden durch Pressen mit einem Unter- und Oberwerkzeug aufweisenden Formgebungswerkzeug hergestellt. Durch den Kontakt des Glases mit den Flächen des Formgebungswerkzeuges bildet sich eine sehr rauhe Glasoberfläche aus. Außerdem muß viel Kraft aufgewendet werden, um möglichst dünne Glashalbzeuge herzustellen. DOLLAR A Indem zwischen dem Einspeisen und dem Pressen des Glaspostens dieser durch Beschleunigungskräfte vorgeformt wird, kann bei dem darauffolgenden Pressschritt sowohl der aufgewendete Druck des Formgebungswerkzeuges als auch die Kontaktzeit zwischen Glas und Oberfläche des Formgebungswerkzeuges minimiert werden. Dadurch können Glashalbzeuge hergestellt werden, die gegenüber herkömmlich hergestellten Glashalbzeugen eine höhere Oberflächengüte und insbesondere eine geringere axiale Dicke aufweisen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verführen zur Herstellung von dünnen scheibenförmigen Glashalbzeugen, insbesondere Substraten, Linsen und Festplattenrohlingen, aus niedrigviskosem Glas, insbesondere einer Viskosität < 50 dPas, durch Pressen mit einem Unter- und Oberwerkzeug aufweisenden Formgebungswerkzeug, bei dem ein Glasposten auf das Unterwerkzeug eingespeist wird und durch gegengerichtete Bewegung des Unter- und Oberwerkzeuges in die gewünschte Form gepreßt wird.

Das Pressen von Glasartikeln ist eine der vielfältigsten und am weitesten verbreiteten Fertigungsmethode der Glasverarbeitung. Die vollautomatisch arbeitenden Maschinenpressen kennen praktisch keine Gewichtsbegrenzung der zu verarbeitenden Glasposten. Es werden Artikel, die nur wenige Gramm wiegen, aber auch solche, die mehrere Kilogramm schwer sind, maschinell verarbeitet. Entsprechend vielfältig sind die zur Produktion verwendeten Maschinen. Neben den manuell bedienten oder auch halbautomatisch arbeitenden Pressen gibt es spezialisierte, vollautomatisierte Pressen, die in der Regel als Mehrstationendrehtischpressen mit einem Stempel und mehreren Formen arbeiten.

Gemeinsames Merkmal automatisierter Preßverfahren ist die räumliche Trennung der einzelnen Prozeßschritte, wie Einspeisen, Pressen und Entnahme. Dem Gesamtprozeß überlagert findet eine zeitlich fortschreitende Abkühlung des Glaspostens bis zur endgültigen Erstarrung statt.

Bei dünnen scheibenförmigen Glashalbzeugen, wie z. B. Substraten, Linsen und insbesondere Festplattenrohlingen werden hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität, insbesondere die Oberflächenrauhigkeit, gestellt. Glashalbzeuge, die durch herkömmliche Verfahren mit den Schritten Einspeisen, Pressen und Entnahme hergestellt werden, müssen aufwendig nachbearbeitet werden. Denn durch den Kontakt des Glases mit den Flächen des Formgebungswerkzeuges bildet sich eine sehr rauhe Glasoberfläche aus. Die herkömmlich gefertigten Glashalbzeuge müssen durch Polieren und Läppen derart nachbearbeitet werden, daß sie die gewünschte Oberflächengüte aufweisen. Dieses Nachbearbeiten ist nicht nur aufwendig und kostenintensiv, sondern erhöht auch die Wahrscheinlichkeit von Glasbruch und damit erhöhtem Ausschuß.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, dünne scheibenförmige Glashalbzeuge, insbesondere Substrate, Linsen und Festplattenrohlinge herzustellen, die bei Minimierung der Nachbearbeitung eine hinreichende Oberflächengüte und geringe axiale Dicken aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem zwischen dem Einspeisen und dem Pressen der Glasposten durch Beschleunigungskräfte vorgeformt wird.

Dabei wird ausgenutzt, daß speziell niedrigviskose Glasposten sich zum Teil erheblich deformieren lassen, wenn auf sie Kräfte aufgrund von Beschleunigungen in verschiedene Richtungen wirken. Indem diese Deformationen gezielt für eine Vorformung des Glaspostens genutzt werden, kann bei dem darauffolgenden Preßschritt sowohl der aufgewendete Druck des Formgebungswerkzeuges als auch die Kontaktzeit zwischen Glas und Oberflächen des Formgebungswerkzeuges minimiert werden. Ebenso ist es möglich, bei gleichem Druck des Formgebungswerkzeuges wie bei herkömmlichen Verfahren die erreichte Dicke zu minimieren. Es hat sich herausgestellt, daß dadurch Glashalbzeuge hergestellt werden können, die gegenüber herkömmlich hergestellten Glashalbzeugen eine höhere Oberflächengüte und insbesondere eine geringere axiale Dicke aufweisen. Somit wird das Nachbearbeiten des Glashalbzeuges auf ein Minimum reduziert.

Der Glasposten kann auf unterschiedliche Weisen durch Beschleunigungskräfte vorgeformt werden. Verwendet man beispielsweise die konventionellen Mehrstationendrehtischpressen, greifen beim Transportieren des Glaspostens von der Einspeisstation zur Preßstation aus der Transversalbeschleunigung beim Anfahren und Abbremsen resultierende Scherkräfte an. Insbesondere bei dezentriertem Einspeisen des Glaspostens in die von dem Unterwerkzeug gebildete Form wird erreicht, daß der Glasposten schon vor dem Preßvorgang relativ gleichmäßig in der Form verteilt ist. Die Beschleunigungen beim Anfahren und Abbremsen des Drehtisches werden dabei auf die Glasmenge und die Viskosität des Glases abgestimmt.

Eine weitere Möglichkeit, den Glasposten durch Beschleunigungskräfte vorzuformen, besteht beispielsweise darin, die durch das Unterwerkzeug gebildete Form nach Einspeisen des Glaspostens um die eigene Achse rotieren zu lassen. Durch die radiale Beschleunigung wirken auf den Glasposten Zentrifugalkräfte, die das Glas aus der Mitte der Form an den Rand der Form drücken. Die Rotationsgeschwindigkeit bzw. die Rotationszeit der Form werden dabei derart eingestellt, daß die Massenbelegung über die gesamte Formengrundfläche im wesentlichen konstant ist.

In der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Glasposten durch eine Beschleunigung in vertikaler Richtung vorgeformt. Dabei wird die Trägheit des Glaspostens ausgenutzt. Wird der Glasposten vertikal nach oben beschleunigt, entspricht die Trägheitskraft des Glaspostens zu Beginn der Beschleunigung der auf ihn wirkenden Gravitationskraft. Dem entgegen wirkt die aus der Beschleunigung resultierende Kraft. Vorteilhafterweise sollte gleich zu Beginn die Beschleunigung am höchsten sein. Der Glasposten wird somit quasi zwischen den beiden Kräften zu einer Scheibe zusammengedrückt.

Den "Zusammendrückeffekt" kann man noch verstärken, wenn der Glasposten zunächst nach unten, d. h. in Richtung der Gravitationskraft, bewegt und abrupt abgebremst wird. Das Abbremsen der Bewegung des Glaspostens nach unten entspricht einer Beschleunigung nach oben, also einer der Gravitation entgegengesetzten Beschleunigung. Je abrupter abgebremst wird, desto größer ist die daraus resultierende Kraft. Es lassen sich so auf einfache Weise sehr hohe Beschleunigungen bzw. Kräfte erzeugen. Der Glasposten wird zwischen der dem Abbremsen entsprechenden Beschleunigungskraft nach oben und der nach unten gerichteten Trägheitskraft zusammengedrückt.

Vorzugsweise wird der Glasposten vorgeformt, indem nach dem Einspeisen auf das Unterwerkzeug dieses eine nach unten gerichtete, abrupt abgebremste Bewegung ausführt. Dabei wird zu Anfang der Abwärtsbewegung nicht zu stark beschleunigt, damit der Glasposten auf dem Unterwerkzeug haften bleibt.

Ganz gleich wie die vertikalen Beschleunigungen ausgeführt werden, sollte der Betrag der Summe aller vertikalen Beschleunigungskräfte größer als der Betrag der Gravitationskraft des Glaspostens sein, damit ein hinreichendes "Zerdrücken" des Glaspostens erreicht wird. Referenzzeitpunkt zur Messung der Differenz der vertikalen Beschleunigungskräfte ist dabei der Zeitpunkt, an dem die Geschwindigkeit des Glaspostens gleich Null ist, d. h. im Falle der Beschleunigung nach oben der Startzeitpunkt der Beschleunigung und im Falle der nach unten gerichteten Bewegung der Zeitpunkt des abrupten Abstoppens der Bewegung.

Weiterhin ist es möglich, in unterschiedliche Richtungen wirkende Beschleunigungskräfte miteinander zu kombinieren, um den Glasposten in eine gewünschte Form vorzuformen.

Die Erfindung soll anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 das Einspeisen des Glaspostens,

Fig. 2 das Vorformen des Glaspostens,

Fig. 3 den vorgeformten Glasposten, und

Fig. 4 das Pressen des Glaspostens.

Für den in Fig. 1 gezeigten Einspeisevorgang wird das Unterwerkzeug 1 dicht unterhalb des Speiserauslaufs 3 positioniert, um das dünnflüssige Glas in das Unterwerkzeug 1 einzuspeisen. Das Oberwerkzeug 4 befindet sich dabei in einer seitlichen Parkposition.

Um den Glasposten 2 vorzuformen, wird das Unterwerkzeug in Pfeilrichtung nach unten bewegt und abrupt abgestoppt (s. Fig. 2). Durch die auf den Glasposten 2 wirkenden Kräfte wird der Glasposten 2 zusammengedrückt. Bei dem Absenken des Unterteils 1 ist darauf zu achten, daß die nach unten wirkende Beschleunigung zu Beginn des Absenkens nicht zu hoch ist, damit bei insbesondere sehr niedrigviskosem Glas kein Glas aus dem Unterwerkzeug 1 herausschwappt.

In dem zwischen Speiserauslauf 3 und Unterwerkzeug 1 entstandenen Zwischenraum 5 wird das Oberwerkzeug 4 eingeschoben (s. Fig. 3).

In Fig. 4 ist der Preßvorgang dargestellt. Dazu wird das Unterwerkzeug 1 mit dem bereits abgeflachten Glasposten 2 nach oben gegen die Unterseite des Oberwerkzeuges 4 gefahren. Ebenso könnte das Unterwerkzeug 1 unbewegt bleiben und das Oberwerkzeug 4 verfahren werden oder aber auch beide Werkzeuge 1 und 4 gegeneinander bewegt werden, um den Glasposten 2 zu pressen. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Lösungsansatz ist aber der konstruktive Aufwand der Maschine am geringsten, da sowohl Unterwerkzeug 1 als auch Oberwerkzeug 4 nur einen einzigen Freiheitsgrad aufweisen.

Bei dem Preßvorgang im erfindungsgemäßen Verfahren muß nur noch ein Bruchteil der Kraft aufgewendet werden, die im herkömmlichen Formgebungsverfahren angewendet wird, da der Glasposten 2 niedrigviskos und bereits vorgeformt ist. Auch die Kontaktzeit zwischen den Glaskontaktflächen des Oberwerkzeuges 4 und des Unterwerkzeuges 1 mit dem Glasposten 2 ist kürzer. Daher lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur Glashalbzeuge herstellen, die bereits vor einem eventuellen Nachbearbeiten durch beispielsweise Polieren und/oder Läppen eine gegenüber herkömmlich hergestellten Glashalbzeugen verbesserte Oberflächengüte aufweisen, sondern insbesondere auch Glashalbzeuge, die geringere Dicken als herkömmlich hergestellte Glashalbzeuge aufweisen. Beispielsweise bei der Herstellung von Festplattenrohlingen werden Dicken von 0,7 mm erreicht im Gegensatz zu herkömmlich hergestellten Festplattenrohlingen von 1,3 mm Dicke.

Claims (4)

1. Verfähren zur Herstellung von dünnen scheibenförmigen Glashalbzeugen, insbesondere Substraten, Linsen und Festplattenrohlingen, aus niedrigviskosem Glas, insbesondere einer Viskosität < 50 dPas, durch Pressen mit einem Unter- und Oberwerkzeug aufweisenden Formgebungswerkzeug, bei dem ein Glasposten auf das Unterwerkzeug eingespeist wird und durch gegengerichtete Bewegung des Unter- und Oberwerkzeuges in die gewünschte Form gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einspeisen und dem Pressen der Glasposten durch Beschleunigungskräfte vorgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasposten durch vertikal wirkende Beschleunigungskräfte vorgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Summen der vertikalen Beschleunigungskräfte größer als der Betrag der Gravitationskraft des Glaspostens ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasposten durch eine nach unten gerichtete, abrupt abgebremste Bewegung des Unterwerkzeuges vorgeformt wird.