TEPZZ 8_8454A_T EP A1 (19) (11) EP A1 (12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG. (51) Int Cl.: C03B 23/11 ( )

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(19) TEPZZ 8_844A_T (11) EP A1 (12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG (43) Veröffentlichungstag: Patentblatt 1/01 (1) Int Cl.: C03B 23/11 (06.01) (21) Anmeldenummer: (22) Anmeldetag:
(19) TEPZZ 8_844A_T (11) EP A1 (12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG (43) Veröffentlichungstag: Patentblatt 1/01 (1) Int Cl.: C03B 23/11 (06.01) (21) Anmeldenummer: (22) Anmeldetag: (84) Benannte Vertragsstaaten: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR Benannte Erstreckungsstaaten: BA ME () Priorität: DE (71) Anmelder: Schott AG 122 Mainz (DE) (72) Erfinder: Frost, Robert 9034 Eggersriet (CH) Moseler, Doris 27 Budenheim (DE) Lange, Ulrich 122 Mainz (DE) Markovic, Boban 9000 St. Gallen (CH) Rupertus, Volker 232 Alzey (DE) Hladik, Bernhard 239 Gau-Odernheim (DE) (74) Vertreter: Fuchs Patentanwälte Partnerschaft mbb Patentanwälte Hohenstaufenstraße Wiesbaden (DE) (4) Glasbearbeitungsvorrichtung und Bodenmaschine hierfür zum Herstellen von Glasbehältern (7) Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bodenmaschine () für eine Glasbearbeitungsvorrichtung (38) zum Herstellen von Glasbehältern (42) aus einem Rohrglas, umfassend ein oder mehrere Halteeinheiten (16) zum Halten des Glasbehälters (42) bzw. des Rohrglases, wobei die Halteeinheiten (16) um eine Drehachse (R) der Bodenmaschine () drehbar gelagert sind, um den Glasbehälter (42) bzw. das Rohrglas zu verschiedenen Bearbeitungspositionen (A) zu führen, eine Druckquelle () zum Bereitstellen eines Gasstroms, ein mit der Druckquelle () kommunizierendes Kanalsystem (18) zum Führen des Gasstroms zu den Halteeinheiten (16) und zum Einleiten des Gasstroms in das Rohrglas bzw. in den Glasbehälter (42), wobei das Kanalsystem (18) spaltfrei ausgestaltet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Glasbearbeitungsvorrichtung (38) mit der entsprechenden Bodenmaschine () sowie ein Verfahren zum Herstellen von Glasbehältern (42) aus einem Rohrglas mit der Glasbearbeitungsvorrichtung (38). EP A1 Printed by Jouve, 7001 PARIS (FR) 1 EP A1 2 Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bodenmaschine für eine Glasbearbeitungsvorrichtung zum Herstellen von Glasbehältern aus einem Rohrglas, umfassend eine oder mehrere Halteeinheiten zum Halten des Rohrglases bzw. des Glasbehälters, wobei die Halteeinheiten um die eigene Achse und um eine Drehachse der Bodenmaschine drehbar gelagert sind, um das Rohrglas zu verschiedenen Bearbeitungspositionen zu führen, eine Druckquelle zum Bereitstellen eines Gasstroms, und ein mit der Druckquelle kommunizierendes Kanalsystem zum Führen des Gasstroms zu den Halteeinheiten und zum Einleiten des Gasstroms in das Rohrglas bzw. den Glasbehälter. Ferner betrifft die Erfindung eine Glasbearbeitungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen von Glasbehältern. [0002] Glasbehälter, die mit den gattungsgemäßen Glasbearbeitungsvorrichtungen hergestellt werden, weisen einen zylindrischen Abschnitt oder konischen Abschnitt auf. Insbesondere werden die Glasbehälter als Spritzen und Fläschchen mit den gattungsgemäßen Glasbearbeitungsvorrichtungen hergestellt, wobei die Spritzen und Fläschchen hauptsächlich zur Lagerung und Verabreichung von pharmazeutischen Produkten wie Medikamenten verwendet werden. [0003] Die US A, die US und die EP A1 zeigen Vorrichtungen, bei denen Glasbehälter mittels eines Blasverfahrens aus einer Glasschmelze gewonnen werden. Hierbei wird aus der Glasschmelze ein bestimmtes Volumen in eine Form eingebracht, wobei das Glas eine sehr hohe Temperatur aufweist (ca C). Dann wird ein Hohlraum erzeugt, beispielsweise durch Einführen eines Dorns in die Glasschmelze. Anschließend wird mit Druckluft (mehrere bar) in den Hohlraum eingeblasen, so dass das Glas an die Wände der Form gepresst und folglich geformt wird. Um den so entstandenen Glasbehälter aus der Form zu entnehmen, muss die Form zu öffnen sein. Üblicherweise sind zwei Formteile vorhanden, die geöffnet werden können. Damit der Glasbehälter aber beim Öffnen nicht verformt wird, muss er zumindest an der Kontaktfläche zwischen Glas und Form auf eine Temperatur gekühlt werden, die dem Glasbehälter eine gewisse Formstabilität gibt (ca. 600 C). Daher muss die Form kühlbar sein, was auch durch die Druckluft geschehen kann. Zudem muss der Glasbehälter beispielsweise mit einer Zange aus der Form zu entnehmen sein, so dass eine gewisse Formstabilität vorhanden sein muss, bevor der Glasbehälter aus der Form entnommen werden kann. Generell eignen sich zwar auch Glasbehälter, die mit einem Blasverfahren hergestellt sind, zur Lagerung von pharmazeutischen Produkten. Allerdings weisen die beim Blasverfahren entstehenden Glasbehälter eine sehr stark variierende Wandstärke auf. Aufgrund der hieraus resultierenden optischen Verzerrungen ist eine automatisierte Produktkontrolle nur sehr eingeschränkt möglich. [0004] Die DE B3 zeigt eine gattungsgemäße Glasbearbeitungsvorrichtung zum Herstellen von Glasbehältern aus einem Rohrglas, allerdings kann hier keine Luft oder ein anderes Gas in das Rohrglas eingeleitet werden. [000] Glasbearbeitungsvorrichtungen der eingangs genannten Art weisen eine Muttermaschine und eine Bodenmaschine auf, die beide drehbar sind und eine Anzahl von Halteeinheiten aufweisen, die beispielsweise ein Einspannfutter umfassen. Üblicherweise ist die Bodenmaschine unterhalb der Muttermaschine angeordnet. In das Einspannfutter der Muttermaschine wird ein Rohrglas von ca. 1, m Länge eingespannt, wobei das Rohrglas um eine bestimmte Länge nach unten über das Einspannfutter übersteht. Am nach unten überstehenden offenen Ende wird das Rohrglas bestimmten Bearbeitungsvorgängen unterzogen, die an unterschiedlichen Bearbeitungspositionen durchgeführt werden. Hierzu werden die Muttermaschine und mit ihr die Einspannfutter um einen bestimmten Winkel von einer Bearbeitungsposition zur nächsten gedreht. Ist das nach unten überstehende Ende des Rohrglases fertig bearbeitet, so dass es beispielsweise einen Rollrand oder ein Gewinde aufweist, so muss ein Teil des Rohrglases abgetrennt werden. An der Bearbeitungsposition, an welcher der Trennschritt vorgenommen wird, wird das betreffende Einspannfutter der Muttermaschine axial fluchtend mit einem Einspannfutter einer Halteeinheit der Bodenmaschine angeordnet. Die Halteeinheit der Bodenmaschine ist axial bewegbar und ergreift das Rohrglas etwas oberhalb des nach unten überstehenden Endes des Rohrglases. Im Bereich zwischen dem Einspannfutter der Muttermaschine und dem Einspannfutter der Bodenmaschine wird üblicherweise ein Gasbrenner zum Erhitzen auf das Rohrglas gerichtet, wobei das Rohrglas auch auf andere Weisen erhitzt werden kann. Dabei ist der Gasbrenner in seiner Position festgelegt. Um eine möglichst rotationssymmetrische Erwärmung des Rohrglases zu erreichen, sind die Halteeinheiten um die eigene Achse drehbar. Durch das Drehen des Rohrglases wird es nicht nur an einer Stelle vom Gasbrenner erwärmt, sondern gleichmäßig über den Umfang verteilt. Das Rohrglas wird solange erhitzt, bis dass es so viskos ist, dass der Teil, der im Einspannfutter der Bodenmaschine eingespannt ist, durch Herunterfahren des Einspannfutters der Bodenmaschine vom übrigen Teil des Rohrglases getrennt werden kann. Dabei verjüngt sich der erwärmte Teil des Rohrglases und schnürt sich soweit ein, dass an der Trennstelle jeweils ein geschlossener Boden entsteht, einer am abgezogenen Teil, der sich im Einspannfutter der Bodenmaschine befindet und einer am im Einspannfutter der Muttermaschine verbliebenen Teils des Rohrglases. [0006] Im Folgenden wird der Teil betrachtet, der sich im Einspannfutter der Bodenmaschine befindet. Wie bereits ausgeführt, ist das freie offene Ende bereits fertig bearbeitet, allerdings ist der Boden des nun entstandenen Glasbehälters noch nicht in der gewünschten Form. Der Boden des Glasbehälters befindet sich in diesem 2 3 EP A1 4 Bearbeitungszustand bezogen auf die Wirkrichtung der Schwerkraft oberhalb des offenen Endes, was folgende Dinge mit sich zieht: Wie oben beschrieben, ist der Boden durch einen thermischen Trennschritt erzeugt worden, so dass die Viskosität des Glases im Bodenbereich noch so hoch ist, dass der Boden je nach Durchmesser des verwendeten Rohrglases mehr oder weniger stark nach unten durchhängt. Zudem weist der Boden eine sich radial ändernde Wandstärke auf. Um den Boden des Glasbehälters mit den gewünschten Eigenschaften ausstatten zu können, muss er noch weiteren, hauptsächlich thermischen Bearbeitungsschritten unterzogen werden. Um dem Durchhängen des Bodens entgegenzuwirken, wird über das offene Ende des Glasbehälters ein Gas, üblicherweise Luft, in den Glasbehälter eingeblasen, wodurch ein Staudruck entsteht, der den Boden stützt. Je nachdem, welche Bearbeitungsschritte noch vorgenommen werden sollen, wird so viel Gas eingeblasen, dass sich der Boden nach oben auswölbt, wodurch die Zugänglichkeit des Bodens für Bearbeitungswerkzeuge wie Gasbrenner erhöht wird. Schließlich wird der Glasbehälter auf die gewünschte Länge gebracht, was dadurch geschieht, dass der Boden gegen eine Bodenmatrize gedrückt wird. Hierzu wird ein Gasstroms in den Glasbehälter eingeleitet, wodurch sich beim Auftreffen auf den Boden ein Staudruck ausbildet, der den Boden gegen die Bodenmatrize drückt. Da der Glasbehälter aber geöffnet ist, bildet sich im Glasbehälter kein nennenswerter statischer Überdruck aus. Sowohl der statische Überdruck als auch der Staudruck betragen nicht mehr als 1 mbar. [0007] Das Einblasen eines Gasstroms hat noch einen weiteren Aspekt. Für die Lagerung von pharmazeutischen Produkten werden bevorzugt Borosilikatgläser verwendet, da sie eine hohe Hydrolysebeständigkeit bei vergleichsweise geringen Kosten bieten. Zum Senken des Schmelzpunktes enthalten Borosilkatgläser auch Natrium. Na-Ionen sind aber im Glas nicht valent gebunden, sondern vagabundieren durch die Glasmatrix, welche hauptsächlich vom SiO 2 bestimmt wird. Wird das Rohrglas zum Trennen erhitzt, sind Temperaturen von über C notwendig, was deutlich über der Verdampfungstemperatur von Natrium liegt. Folglich verdampfen große Mengen von Na vom Boden weg und setzen sich an verschiedenen Stellen in der Flasche wieder ab. Das Ausdampfen von Natrium hat auch den Effekt, dass Bor in Form von Boraten mitgeschleppt wird und auch ausdampft, auch wenn die Borate im Vergleich zu Natrium deutlich fester in der Glasmatrix eingebunden sind. [0008] Der Glasbehälter wird am Boden sehr stark thermisch behandelt, während am zylindrischen Abschnitt keine Wärmebehandlung stattfindet. Infolgedessen entstehen im Glasbehälter starke Thermospannungen, die dazu führen, dass der Glasbehälter nach dem Abkühlen zerspringen kann. Um dies zu verhindern, muss eine weitere thermische Behandlung vorgenommen werden, um die Spannungen abzubauen. Diese thermische Behandlung findet bei ca. 600 C statt, also deutlich unterhalb der Temperaturen, die für das Trennen des Glasbehälters vom Rohrglas notwendig sind. Hierbei verdampft ein Großteil des Natriumborats. Die nicht verdampften Teile brennen sich in die Wandung des Glasbehälters ein. Problematisch hieran ist, dass Na-Ionen in die Substanz, die in den Glasbehältern gelagert wird, migrieren können. Insbesondere bei pharmazeutischen Substanzen ist dies nicht erwünscht. Die Migrationsneigung hängt stark davon der in den Glasbehältern gelagerten Substanzen und deren ph-wert ab. Durch das Einleiten des Gasstroms in den Glasbehälter bzw. in das Rohrglas wird auch ein Teil des Natriums während des Trennprozesses aus dem Glasbehälter entfernt, so dass sich weniger Natrium in die Wandung einbrennen kann. Die Neigung, dass Natrium in die in den Glasbehältern gelagerten Substanzen migrieren kann, wird in diesem Zusammenhang auch als Oberflächenalkalinität bezeichnet, die auch durch undefiniertes Einblasen von Gas verringert werden kann. [0009] Das Einblasen der Luft in den Glasbehälter bzw. in das Rohrglas wird bei bekannten Glasbearbeitungsvorrichtungen wie folgt realisiert: Unterhalb Einspannfutters der Bodenmaschine verläuft ein Rohr parallel zur Drehachse der Bodenmaschine, wobei sich die Austrittsöffnung des Rohres unmittelbar unterhalb des offenen Endes des Rohrglases bzw. des Glasbehälters befindet. Entlang der Kreisbahn, welche die Einspannfutter der Bodenmaschine durchlaufen, ist ein entsprechend gebogenes Bodenrohr mit einem Schlitz oder einer Anzahl von Löchern angebracht, die an der oberen Oberfläche angeordnet sind. Die Eintrittsöffnung des parallel zur Drehachse der Bodenmaschine verlaufenden Rohres befindet sich in einem bestimmten Abstand oberhalb des Bodenrohres. Das Bodenrohr wird mit Gas, üblicherweise Luft, beaufschlagt, welches den Schlitz oder die Löcher verlässt und in die jeweilige Eintrittsöffnung eintritt. Wie eingangs erwähnt, können die Halteeinheiten bzw. die Einspannfutter zum gleichmäßigen Erwärmen des Rohrglases bzw. des Glasbehälters gedreht werden. Das parallel zur Drehachse der Bodenmaschine verlaufende Rohr dreht dabei mit. [00] Die Löcher sind nach oben hin ungeschützt, so dass sie sich durch Glassplitter, Öl und andere Partikel, die sich in der rauen Umgebung der Glasbearbeitungsmaschine befinden, schnell zusetzen können. Folglich verändern sich die Strömungsverhältnisse im Bereich zwischen dem Bodenrohr und der Eintrittsöffnung, so dass es nahezu unmöglich wird, einen reproduzierbaren Gasstrom von der Druckquelle in den Glasbehälter bzw. in das Rohrglas zu leiten. Man weiß nie, welcher Volumenstrom tatsächlich in den Glasbehälter bzw. in das Rohrglas gelangt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es vom Fortschritt der Bearbeitung abhängt, ob das Gas noch in das Rohrglas oder in den bereits vorhandenen Glasbehälter mit geschlossenem Boden eingeleitet wird. Das Einblasen wird hiervon unabhängig durchgeführt. [0011] Nicht nur Natriumborate, sondern allgemein Al- 3 EP A1 6 kaliborate haben noch eine weitere nachteilige Eigenschaft. Die Verdampfungsrate der Alkaliborate steigt mit zunehmender Temperatur exponentiell an. Beim Bearbeiten des Bodens des Glasbehälters verdampft Natriumborat aus dem Bodenbereich und schlägt sich in einer Kondensationszone auf der Wandung des Glasbehälters nieder. In der Kondensationszone ist das Glas schon relativ kalt. Zwischen dem Boden und der Kondensationszone bildet sich aber auch eine Eindiffusionszone aus, in welcher mehr Natriumborat in das Glas hineindiffundiert als verdampft. Folglich ergeben sich eine Anreicherung von Natriumborat in der Eindiffusionszone und eine Verarmung im Boden, wobei die Verarmung im Boden keine negativen Folgen hat. Die Anreicherung von Borat in der Eindiffusionszone hat jedoch folgende Auswirkungen: Im oberflächennahen Bereich der Eindiffusionszone (ca. bis 0 mm ausgehend von der inneren Oberfläche des Glasbehälters) bewirkt die Anreicherung von Bor, dass sich das hauptsächlich aus Si, Na und B bestehende Borosilikatglas nach der Abkühlung nicht mehr mischt, da man sich im Bereich einer Mischungslücke im ternären Phasendiagramm befindet. Folglich entstehen zwei Phasen mit unterschiedlicher Zusammensetzung, die zwangsläufig auch unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften haben. Eine der zwei Phasen weist auch eine geringere Hydrolysebeständigkeit auf, so dass sie verstärkt angegriffen wird, wodurch Spannungen im oberflächennahen Bereich der Eindiffusionszone entstehen. Als Folge davon lösen sich partikelförmige Glasbestandteile von der Oberfläche ab, die eine deutlich geringere Erstreckung in einer Achse als in der Ebene senkrecht zu dieser Achse aufweisen. Diese Partikel gehen dann in die im Glasbehälter gelagerte Substanz über, was insbesondere dann besonders folgenreich ist, wenn die Substanz als Medizin verabreicht wird. Die Neigung des Ablösens dieser flächigen Partikel wird auch als Delaminationsneigung bezeichnet [0012] Bei bekannten Glasbearbeitungsvorrichtungen stellt der verantwortliche Maschinenführer die Größe des Gasstroms aufgrund seiner Erfahrung so ein, dass der Boden die gewünschten geometrischen Eigenschaften erhält und die für die Oberflächenalkalinität vorgeschriebenen Grenzwerte nicht überschritten werden. Ein anderer Maschinenführer kann dieselben geometrischen Eigenschaften des Bodens und die gewünschten Werte der Oberflächenalkalinität mit einer ganz anderen Größe des Gasstroms erreichen. Eine Reproduzierbarkeit ist nicht gegeben. Die Delaminationsneigung kann jedoch mit bekannten Glasbearbeitungsvorrichtungen nicht verlässlich in unkritische Bereiche gesenkt werden und stand lange Zeit nicht im Fokus der Hersteller von Glasbehältern für die oben genannten Zwecke. [0013] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Glasbearbeitungsvorrichtung und eine Bodenmaschine für dies Glasbearbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Delaminationsneigung von Glasbehältern insbesondere aus Borosilikatglas deutlich reduziert werden kann. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Glasbehältern aus einem Rohrglas insbesondere aus Borosilikatglas anzugeben, mit dem die Delaminationsneigung der hierdurch hergestellten Glasbehälter deutlich reduziert werden kann. [0014] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Bodenmaschine nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Bodenmaschine sind Gegenstand der Unteransprüche. [001] Die Delaminationsneigung von Glasbehältern, die mittels der eingangs genannten Bodenmaschinen hergestellt werden, kann dadurch verringert werden, dass das Kanalsystem spaltfrei ausgestaltet ist. Wie oben erwähnt, weisen Kanalsysteme herkömmlicher Bodenmaschinen ein Bodenrohr und ein senkrecht hierzu verlaufendes Rohr auf. Aufgrund der Fertigungsungenauigkeiten entsteht zwischen dem Bodenrohr und dem senkrecht verlaufenden Rohr zwangsläufig ein Spalt, dessen Abmessungen sich beim Drehen der Bodenmaschine ändern. Ferner können sich Partikel und andere Fremdkörper im Spalt anlagern, was aufgrund der extremen Bedingungen, die bei der Glasherstellung in der Umgebung der Bodenmaschine herrschen, nicht unwahrscheinlich ist. Folglich kommt es im Spalt zu nicht voraussagbaren Verwirbelungen, Turbulenzen und Aufspaltungen des Gasstroms, so dass nur ein Teil des Gasstroms auch tatsächlich in das senkrecht verlaufende Rohr gelangt. Es kann daher keine reproduzierbare Aussage darüber getroffen werden, welcher Volumenstrom tatsächlich in den Glasbehälter bzw. in das Rohrglas eingeleitet wird. Aufgrund der spaltfreien Ausgestaltung des Kanalsystems der erfindungsgemäßen Bodenmaschine wird der Gasstrom störungsund unterbrechungsfrei von der Druckquelle zu den Halteeinheiten und in das Rohrglas geleitet, so dass unabhängig von der Drehstellung der Bodenmaschine immer derselbe Volumenstrom bzw. dieselbe Masse des Gasstroms in das Rohrglas bzw. in den Glasbehälter eingeleitet wird. Es hat sich herausgestellt, dass sich die Delaminationsneigung dann verringern lässt, wenn der Gasstrom mit einer klar definierten, laminaren Strömung und einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit in das Rohrglas bzw. in den Glasbehälter während der verschiedenen Bearbeitungsschritte eingeleitet wird und auch definiert wieder austreten kann. Dies wird durch die spaltfreie Ausgestaltung des Kanalsystems ermöglicht, was im Vergleich zu herkömmlichen Kanalsystemen nicht erreicht werden konnte. Erfindungsgemäß kann die Delaminationsneigung deutlich reduziert werden, ohne dass die anderen Funktionen des Gasstroms, nämlich das Anheben des viskosen Bodens und die Absenkung der Oberflächenalkalinität unterhalb bestimmter Grenzwerte verloren gingen oder weniger ausgeprägt wären. 4 7 EP A [0016] In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Bodenmaschine einen Rotor und einen Stator auf, wobei die Halteeinheiten auf dem Rotor angeordnet sind und das Kanalsystem eine erste Anzahl von auf einem Rotorabschnitt angeordneten Unterkanälen und eine zweite Anzahl von auf einem Statorabschnitt angeordneten Unterkanälen sowie einen Durchführungsabschnitt zum spaltfreien Führen des Gasstroms vom Statorabschnitt zum Rotorabschnitt aufweist. Unter dem Durchführungsabschnitt soll der Abschnitt
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