Herstellungsprozess und Technologie für Glasprodukte

Die Herstellung von Glasflaschen ist ein komplexer und anspruchsvoller industrieller Prozess, der hauptsächlich Schritte wie die Vorbereitung des Rohmaterials, das Schmelzen, Formen, Glühen, Prüfen und Verpacken umfasst. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Erläuterung des Herstellungsprozesses typischer Glasflaschen (Kalk-Natron-Glas):

Kernrohstoffe

1、 Quarzsand: Der Hauptbestandteil (ca. 70 %) ist Siliziumdioxid, das zur Bildung des Glasnetzwerkskeletts beiträgt.

2、 Sodaasche: Reduziert die Schmelztemperatur.

3、 Kalkstein/Dolomit: Bietet Calciumoxid und Magnesiumoxid und verbessert so die chemische Stabilität und Härte.

4、 Zerbrochenes Glas: Recycelte und wiederverwendete Glasfragmente, sogenannte „Scherben“, können den Energie- und Rohstoffverbrauch deutlich reduzieren (der Anteil kann 60–90 % erreichen).

5、 Hilfsrohstoffe:

● Klärer: (z. B. Sulfat) hilft, Blasen in geschmolzenem Glas zu entfernen.

● Farbstoff: (z. B. Eisenoxid, Chromoxid, Kobaltoxid) verleiht der Flasche Farbe.

● Entfärber: Beseitigt den Grünstich, der durch Eisenverunreinigungen in den Rohstoffen entsteht.

● Fluss: Reduziert den Schmelzpunkt zusätzlich.

Hauptproduktionsprozess

1. Wiegen und Mischen von Rohstoffen:

Verschiedene Rohstoffe (Quarzsand, Soda, Kalkstein, Glasbruch etc.) werden automatisch im genauen Rezepturverhältnis abgewogen.

Die abgewogenen Rohstoffe werden zur gründlichen Durchmischung in einen großen Mischer (z. B. einen Trommelmischer) gegeben. Die Gleichmäßigkeit der Mischung ist entscheidend für die Glasqualität und die Schmelzleistung.

2. Schmelzen:

Die gemischten Rohstoffe (Gemenge) werden über eine Zuführung kontinuierlich in den Glasschmelzofen eingebracht.

Der Schmelzofen ist ein großer Hochtemperaturofen mit einem mit feuerfesten Ziegeln ausgekleideten Schmelzbad, der normalerweise mit Brennstoffen wie Erdgas oder Schweröl beheizt wird.

Die Temperatur erreicht etwa 1500–1600 °C und schmilzt die festen Rohstoffe zu einer viskosen, gleichmäßigen, blasenfreien Glasflüssigkeit.

Der Schmelzprozess besteht aus mehreren Stufen:

● Schmelzzone: Rohstoffe werden bei hohen Temperaturen schnell zu primärem Schmelzglas geschmolzen.

● Klär-/Raffinationszone: Die Temperatur wird leicht erhöht oder gehalten, um die Viskosität der Glasflüssigkeit zu verringern. Blasen steigen auf und werden ausgestoßen, und die Glasflüssigkeit wird durch die Wirkung des Klärers klar und homogen.

● Homogenisierungszone: Die Temperatur wird leicht gesenkt, um eine gleichmäßige Zusammensetzung und Temperatur der Glasflüssigkeit zu gewährleisten.

● Kühl-/Einstellzone: Die Temperatur der Glasflüssigkeit wird gleichmäßig auf den optimalen Viskositätsbereich für die Formgebung (ca. 1000–1200 °C) gesenkt.

3. Formen:

Dies ist der entscheidende Schritt, um aus der geschmolzenen Glasflüssigkeit eine Flasche zu formen. Die beiden häufigsten Formverfahren sind:

● Blasmethode: Wird hauptsächlich für Flaschen mit enger Öffnung verwendet (z. B. Bierflaschen, Getränkeflaschen).

● Fütterung: Die geregelte Glasflüssigkeit fließt aus dem Schmelzofen in den Zuführkanal. Der Zuführer (normalerweise eine rotierende Schüssel und ein Scherenmechanismus) schneidet die Glasflüssigkeit in Tröpfchen mit einem bestimmten Gewicht und einer bestimmten Form.

● Prototypenbau: Die Tropfen fallen in die Prototypform. Durch Einblasen von Druckluft von unten („Gegenblasen“) wird das Glas aufgeblasen, wodurch die Flaschenmündung und der Flaschenkörperprototyp (der sogenannte „Vorformling“) geformt werden.

● Umdrehen: Die Prototypenform öffnet sich und der Vorformling wird über einen Wendemechanismus in die Blasform überführt.

● Endformung: Von oben wird Druckluft in die Blasform geblasen, wodurch der Vorformling gegen die Innenwand der Form gedrückt wird und die endgültige Flaschenform entsteht.

Press-Blow-Verfahren: Wird hauptsächlich für Weithalsflaschen (z. B. Gläser, Soßenflaschen) verwendet.

● Fütterung: Dasselbe wie oben.

● Prototypenbau: Der Glastropfen fällt in die Sammelform. Ein Stempel drückt von oben nach unten und presst das Glas hydraulisch in die Formhöhle, um die Flaschenmündung und einen massiven Glasblock mit dem Flaschenkörperprototyp (als „Rohling“ bezeichnet) zu formen.

● Überweisen: Die Raffform öffnet sich und der Rohling wird in die Blasform überführt.

● Endformung: Durch Einblasen von Druckluft von oben wird der Rohling in die endgültige Flaschenform aufgeblasen.

Formen müssen präzise gefertigt sein (normalerweise aus Gusseisen) und mit einem effektiven Kühlsystem ausgestattet sein. Die Form der Innenwand der Form bestimmt direkt die endgültige Form und Oberflächenstruktur der Flasche.

4. Heißendbeschichtung (optional, aber üblich):

Die neu geformte Flasche ist sehr heiß (ca. 400–500 °C). Vor dem Eintritt in den Glühofen wird häufig eine sehr dünne Schicht aus Zinn- oder Titanverbindungsdampf auf das heiße Ende gesprüht.

Funktion: Bildet einen Schutzfilm auf der Flaschenoberfläche und verbessert so die Festigkeit (Verbesserung der Kratzfestigkeit und Gleitfähigkeit, Verringerung von Reibungsschäden beim anschließenden Transport) und die chemische Stabilität der Flasche erheblich.

5. Glühen:

Während des Abkühlvorgangs der neu geformten Flasche können aufgrund unterschiedlicher Dicken und ungleichmäßiger Abkühlgeschwindigkeiten Restspannungen entstehen. Diese Belastung macht die Flasche zerbrechlich und bruchgefährdet.

Der Glühofen ist ein langer, langsam laufender Tunnelofen mit präzise geregelten Temperaturen.

Die Flasche wird gleichmäßig auf eine Temperatur nahe dem Kühlpunkt des Glases (ungefähr 540–570 °C) erhitzt und eine Zeit lang bei dieser Temperatur gehalten, um innere Spannungen abzubauen. Anschließend wird es langsam und mit streng kontrollierter Geschwindigkeit (insbesondere über den Kühlpunkt hinaus) abgekühlt, bis es nahezu Raumtemperatur erreicht. Durch effektives Tempern werden schädliche Spannungen eliminiert und die mechanische Festigkeit und thermische Stabilität der Flasche gewährleistet.

6. Kaltendbeschichtung:

Nachdem die Flasche auf nahezu Raumtemperatur abgekühlt ist (normalerweise am Ausgang des Glühofens), wird das Kaltendspritzen durchgeführt.

Eine sehr dünne Schicht flüssiges Schmiermittel (z. B. Stearate auf Öl- oder Wasserbasis, Polyethylenwachs, Silikon usw.) wird auf die Außenfläche der Flasche gesprüht.

Funktion:

● Erhöhte Schmierfähigkeit: Reduziert Kratzer, die durch Reibung zwischen Flaschen auf Förderbändern und Abfüllanlagen entstehen, und bewahrt so das Erscheinungsbild.

● Stärke verbessern: Feine Kratzer sind Spannungskonzentrationspunkte und die Beschichtung reduziert ihr Auftreten.

● Oberflächenadsorption verhindern: Reduziert die Staubanhaftung.

7. Qualitätsprüfung:

Die automatisierte Produktionslinie ist mit verschiedenen Online-Inspektionsgeräten ausgestattet:

● Munduntersuchung: Stellt sicher, dass die Abmessungen, Rundheit und Ebenheit der Dichtungsoberfläche der Flaschenöffnung den Anforderungen entsprechen.

● Wanddickenprüfung: (z. B. Laserscanning) Gewährleistet eine gleichmäßige Flaschendicke und die Einhaltung von Standards.

● Dimensionsprüfung: (z. B. optische Inspektion) Überprüft Höhe, Durchmesser und Vertikalität der Flasche.

● Sichtprüfung: (Hochgeschwindigkeitskamera + Bildverarbeitung) Erkennt Defekte wie Risse, Steine, Blasen, Flecken und Verformungen.

● Druckprüfung: (Stichprobenprüfung) Prüft die Innendruckfestigkeit der Flasche (insbesondere bei Flaschen für kohlensäurehaltige Getränke).

Nicht konforme Produkte werden automatisch abgelehnt.

8. Verpackung:

Flaschen, die die Prüfung bestehen, werden gemäß den Kundenanforderungen verpackt.

Gängige Methoden sind das Stapeln auf Paletten und die Sicherung mit Stretchfolie oder das Verpacken in Kunststoff-Umschlagboxen/Kartons.

Die verpackten Fertigprodukte werden gelagert oder direkt an die Kunden (Abfüllanlagen) versandt.

Hauptmerkmale

Kontinuität: Moderne Glasflaschenfabriken zeichnen sich durch hochautomatisierte kontinuierliche Produktionsprozesse aus, die rund um die Uhr in Betrieb sind, von der Rohstoffeingabe bis zur Ausgabe des fertigen Produkts. Sobald der Schmelzofen gezündet ist, läuft er normalerweise mehrere Jahre lang ununterbrochen, bevor er für Wartungsarbeiten abgeschaltet wird.

Hohe Temperaturen: In den Schmelz- und Formungsphasen treten extrem hohe Temperaturen auf.

Präzise Steuerung: Rohstoffverhältnisse, Schmelztemperaturen und -atmosphären, Tropfengewicht und -form, Formparameter (Druck, Zeit, Formtemperatur), Glühkurven usw. erfordern alle eine äußerst präzise Kontrolle, um eine stabile Produktqualität zu gewährleisten.

Hoher Energieverbrauch: Der Schmelzprozess verbraucht erhebliche Mengen Energie, was in der modernen Glasindustrie zu den größten Kosten- und Umweltproblemen zählt.

Recyclingfähigkeit: Glasbruch ist ein wichtiger Rohstoff und Glasflaschen können zu 100 % unendlich oft recycelt werden.

Dieser Prozess beschreibt die Herstellung von generischen Kalknatronglasflaschen. Während sich die Rohstoffformel, die Schmelztemperatur und die Prozessdetails von Spezialgläsern (z. B. hitzebeständige Flaschen aus Borosilikatglas) unterscheiden können, sind die Kernschritte (Mischen, Schmelzen, Formen, Glühen, Prüfen) ähnlich.