BR112018072811B1 - Dispositivo para fabricação de tubos de vidro - Google Patents
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Abstract
Uma montagem de campânula para um dispositivo para fabricação de tubos de vidro inclui uma cabeça de campânula e um suporte, conectado à cabeça de campânula. O suporte inclui um eixo de campânula, com um orifício interno e uma superfície externa, e um revestimento, posicionado no orifício interno do eixo de campânula. Uma blindagem térmica prolonga-se ao longo da superfície externa, do eixo de campânula, e reduz a variação de temperatura ao longo da largura do eixo de campânula durante a fabricação de tubos de vidro.
Description
[0001] O presente pedido reivindica a prioridade do Pedido Provisório U.S. 62/332.722, depositado em 6 de maio de 2016, intitulado “Montagens de Campânula para Fabricação de Tubos de Vidro e Dispositivos para Fabricação de Tubos de Vidro Compreendendo os Mesmos”, a totalidade do qual é incorporada por referência no presente pedido.
[0002] As modalidades descritas no presente pedido referem-se geralmente a dispositivos para fabricação de tubos para formar tubos de vidro a partir de vidro fundido e, mais especificamente, a montagens de campânula para utilização com dispositivos para fabricação de tubos.
[0003] O uso de tubos de vidro para produzir artigos de vidro, tais como frascos, cartuchos e seringas, requer um alto nível de estabilidade dimensional na parede dos tubos de vidro. Por exemplo, frascos, cartuchos e seringas possuem requisitos dimensionais precisos que exigem concentricidade e variações na espessura da parede mínimas. Os padrões da indústria exigem que as variações na espessura da parede sejam inferiores a 5% da espessura total da parede do produto. Contudo, as variações dimensionais nos tubos de vidro, a partir dos quais os artigos de vidro são formados, podem resultar em artigos de vidro com espessuras de parede que estão fora das tolerâncias aceitáveis. Tais variações dimensionais podem ser resultado de, por exemplo, instabilidades nos processos ou variações no processo de fabricação de tubos de vidro.
[0004] Consequentemente, existe uma necessidade de dispositivos para fabricação de tubos de vidro alternativos que reduzam as variações dimensionais nos tubos de vidro formados a partir dos mesmos.
[0005] As modalidades descritas no presente pedido referem-se a dispositivos de montagem de campânula com estabilidade dimensional térmica aumentada que fornecem perda de revestimento reduzida durante a produção de tubos de vidro. Também são descritos, no presente pedido, dispositivos para formação de tubos de vidro que incorporam dispositivos de montagem de campânula com estabilidade dimensional térmica aumentada de tal modo que o movimento indesejado de campânulas, dentro de orifícios de entrega de tanques de distribuição de vidro, devido à variação térmica ao longo de dispositivos de montagem de campânula durante a produção de tubos de vidro, é reduzido.
[0006] De acordo com uma modalidade, um dispositivo para fabricação de tubos de vidro inclui um tanque de entrega de vidro para conter vidro fundido. O tanque de entrega de vidro tem um orifício de entrega que se prolonga através do fundo do tanque de entrega de vidro. Uma cabeça de campânula, configurada para formar vidro fundido em tubos de vidro, está incluída e está posicionada, pelo menos parcialmente, abaixo do orifício de entrega do tanque de entrega de vidro. A cabeça de campânula tem um corpo com um canal interno, uma superfície externa de cabeça de campânula e uma parede, produzida a partir de um material metálico sólido, que se prolonga entre o canal interno e a superfície externa de cabeça de campânula. A parede da cabeça de campânula e o eixo de campânula são produzidos a partir de platina ou de uma liga de platina. Um suporte é conectado à cabeça de campânula e o suporte tem um eixo de campânula, com um orifício interno e uma superfície externa, e uma blindagem térmica, posicionada em torno de pelo menos uma porção da superfície externa. O eixo de campânula prolonga- se desde a cabeça de campânula através do orifício de entrega, do tanque de entrega de vidro, até um suporte de eixo de campânula. A blindagem térmica prolonga-se ao longo do tanque de entrega de vidro, mas não se prolonga ao longo do orifício de entrega. A blindagem térmica inclui um revestimento externo e uma camada de isolamento posicionada entre o revestimento externo e a superfície externa do eixo de campânula. O eixo de campânula e o revestimento externo, da blindagem térmica, são produzidos a partir de platina ou de uma liga de platina. A camada de isolamento, da blindagem térmica, é produzida a partir de um material refratário. O material refratário pode estar substancialmente livre de compostos orgânicos. A blindagem térmica pode estar espaçada da superfície externa do eixo de campânula, por exemplo, uma lacuna de ar pode estar presente entre a superfície externa do eixo de campânula e a blindagem térmica.
[0007] De acordo com outra modalidade, um método para fabricar tubos de vidro inclui direcionar o vidro fundido para um tanque de entrega de vidro. O tanque de entrega de vidro tem um orifício de entrega que se prolonga através do fundo do tanque de entrega de vidro. O método inclui puxar o vidro fundido em torno de uma cabeça de campânula localizada, pelo menos parcialmente, abaixo do orifício de entrega e formar o tubo de vidro. A cabeça de campânula é conectada a um suporte que inclui um eixo de campânula, com um orifício interno, e uma superfície externa. O eixo de campânula prolonga-se desde a cabeça de campânula através do orifício de entrega e do tanque de entrega de vidro até um suporte de eixo de campânula. Uma blindagem térmica prolonga-se em torno de pelo menos uma porção da superfície externa do eixo de campânula ao longo do tanque entrega de vidro, mas não se prolonga ao longo orifício de entrega (isto é, a blindagem térmica termina dentro do tanque de entrega de vidro acima do orifício de entrega). A blindagem térmica possui um revestimento externo com uma camada de isolamento posicionada entre o revestimento externo e a superfície externa do eixo de campânula. A blindagem térmica mantém uma variação de temperatura média ao longo da largura do eixo de campânula para menos de 20% de uma variação de temperatura média ao longo da largura do revestimento externo da blindagem térmica.
[0008] De acordo com outra modalidade, uma montagem de campânula para um dispositivo para fabricação de tubos de vidro inclui uma cabeça de campânula, configurada para formar vidro fundido em tubo de vidro, e um suporte conectado à cabeça de campânula. O suporte inclui um eixo de campânula com um orifício interno e uma superfície externa, um revestimento, posicionado no orifício interno do eixo de campânula, e uma blindagem térmica que se prolonga ao longo da superfície externa do eixo de campânula. A cabeça de campânula tem um corpo com um canal interno, uma superfície externa de cabeça de campânula e uma parede, produzida a partir de um material metálico sólido, que se prolonga entre o canal interno e a superfície externa de cabeça de campânula. A parede da cabeça de campânula pode ser produzida a partir de platina ou de uma liga de platina. O eixo de campânula também pode ser produzido a partir de platina ou de uma liga de platina. O revestimento pode ser produzido a partir de um material refratário. Em modalidades, o material refratário está substancialmente livre de compostos orgânicos. A blindagem térmica pode incluir uma camada de revestimento e uma camada de isolamento posicionada entre a camada de revestimento e a superfície externa do eixo de campânula. A blindagem térmica pode estar espaçada da superfície externa do eixo de campânula. Em modalidades, uma lacuna de ar está posicionada entre a blindagem térmica e uma superfície externa do eixo de campânula.
[0009] Características e vantagens adicionais dos dispositivos de formação de tubos de vidro com estabilidade dimensional térmica melhorada descritas no presente pedido serão apresentadas na descrição detalhada que se segue e, em parte, serão facilmente evidentes para os versados na técnica a partir desta descrição ou reconhecidas ao praticar as modalidades descritas no presente pedido, incluindo a descrição detalhada que se segue, as reivindicações, bem como os desenhos anexos.
[0010] Deve ser entendido que tanto a descrição geral anterior como a descrição detalhada a seguir descrevem várias modalidades e destinam-se a fornecer uma visão geral ou estrutura para compreender a natureza e o caráter da matéria reivindicada. Os desenhos anexos estão incluídos para fornecer uma compreensão adicional das várias modalidades e são incorporados e constituem parte deste relatório descritivo. Os desenhos ilustram as várias modalidades descritas no presente pedido e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios e a operação da matéria reivindicada.
[0011] A Figura 1A é um diagrama esquemático de uma vista lateral de uma montagem de campânula com uma blindagem térmica de acordo com uma ou mais modalidades mostradas e descritas no presente pedido;
[0012] A Figura 1B é um diagrama esquemático da seção B - B, mostrada na Figura 1A, ilustrando uma secção transversal de uma montagem de campânula com uma blindagem térmica de acordo com uma ou mais modalidades mostradas e descritas no presente pedido;
[0013] A Figura 1C é um diagrama esquemático da região circular marcada com '1C', mostrada na Figura 1B, ilustrando uma vista ampliada de uma cabeça de campânula, um eixo de campânula e um revestimento de acordo com uma ou mais modalidades mostradas e descritas no presente pedido;
[0014] A Figura 1D é um diagrama esquemático da seção D - D, mostrada na Figura 1A, ilustrando uma secção transversal de uma blindagem térmica de acordo com uma ou mais modalidades mostradas e descritas no presente pedido;
[0015] A Figura 2 é um diagrama esquemático de uma secção transversal de um dispositivo para fabricação de tubos de vidro com uma montagem de campânula de acordo com uma ou mais modalidades mostradas e descritas no presente pedido;
[0016] A Figura 3 representa graficamente a deflexão de um eixo de campânula, com um "eixo de baixa rigidez", comparada à de um eixo de campânula, com um "eixo de alta rigidez";
[0017] A Figura 4 representa graficamente a deflexão de uma cabeça de campânula em função da variação de temperatura e da rigidez do eixo de campânula;
[0018] A Figura 5A é um diagrama esquemático de uma secção transversal de variação de temperatura (ΔT) de um eixo de campânula sem uma blindagem térmica; e
[0019] A Figura 5B um diagrama esquemático de uma secção transversal de variação de temperatura (ΔT) de um eixo de campânula com uma blindagem térmica de acordo com uma ou mais modalidades mostradas e descritas no presente pedido.
[0020] Agora, será feita referência em detalhes a vários dispositivos para fabricação de tubos de vidro e métodos para formar tubos de vidro utilizando as montagens de campânula descritas no presente pedido, exemplos dos quais estão ilustrados nos desenhos em anexo. Sempre que possível, os mesmos numerais de referência serão usados ao longo dos desenhos para referir-se às mesmas partes ou às partes semelhantes. Uma modalidade de um dispositivo para fabricação de tubos de vidro é mostrada na Figura 2. De acordo com uma modalidade, o dispositivo para fabricação de tubos de vidro pode incluir um tanque de entrega de vidro para conter vidro fundido. O tanque de entrega de vidro pode ter um orifício de entrega que se prolonga através do fundo do tanque de entrega de vidro. O dispositivo para fabricação de tubos de vidro também pode incluir uma cabeça de campânula configurada para formar vidro fundido em tubos de vidro. A cabeça de campânula pode estar posicionada, pelo menos parcialmente, abaixo do orifício de entrega do tanque de entrega de vidro. A cabeça de campânula pode ser uma cabeça de campânula sólida. Ou seja, a cabeça de campânula pode ter um corpo com um canal interno, uma superfície externa de cabeça de campânula e uma parede sólida, produzida a partir de um material metálico, que se prolonga entre o canal interno e a superfície externa de cabeça de campânula. A parede da cabeça de campânula e o eixo de campânula podem ser produzidos a partir de platina ou uma liga de platina. O dispositivo para fabricação de tubos de vidro pode incluir, adicionalmente, um suporte conectado à cabeça de campânula. O suporte pode ter um eixo de campânula, com um diâmetro interno e uma superfície externa, e uma blindagem térmica, posicionada em torno de pelo menos uma porção da superfície externa. O eixo de campânula prolonga-se a partir da cabeça de campânula através do orifício de entrega, do tanque de entrega de vidro, até um suporte de eixo de campânula. Em modalidades, a blindagem térmica prolonga-se ao longo tanque de entrega de vidro, mas não se prolonga ao longo do orifício de entrega. Isto é, a blindagem térmica termina dentro do tanque de entrega de vidro antes de atingir o orifício de entrega. A blindagem térmica pode incluir um revestimento externo e uma camada de isolamento posicionada entre o revestimento externo e a superfície externa do eixo de campânula. O eixo de campânula e o revestimento externo da blindagem podem ser produzidos a partir platina ou de uma liga de platina. A camada de isolamento da blindagem térmica é produzida a partir de um material refratário. O material refratário pode estar substancialmente livre de compostos orgânicos. A blindagem térmica pode estar espaçada da superfície externa do eixo de campânula. Por exemplo, uma lacuna, tal como uma lacuna de ar, pode estar presente entre a superfície externa do eixo de campânula e a blindagem térmica. Várias modalidades de montagens de campânula, dispositivos para fabricação de tubos de vidro que compreendem montagens de campânula e métodos de utilização dos mesmos serão descritos em mais detalhes no presente pedido com referência específica aos desenhos anexos.
[0021] Os intervalos podem ser expressos no presente pedido como de "cerca de" um valor particular e/ou "cerca de" outro valor particular. Quando tal intervalo é expresso, outra modalidade inclui do valor particular e/ou até o outro valor particular. Da mesma forma, quando os valores são expressos como aproximações, pelo uso do antecedente “cerca”, será entendido que o valor particular forma outra modalidade. Será entendido, adicionalmente que os pontos finais de cada um dos intervalos são significativos em relação ao outro ponto final, e independentemente do outro ponto final.
[0022] Os termos direcionais, conforme usados no presente pedido - por exemplo, para cima, para baixo, direita, esquerda, frente, traz, superior, inferior - são usados somente com referência às Figuras conforme desenhadas e não pretendem implicar orientação absoluta.
[0023] A menos que de outra forma expressamente indicado, não é de modo algum pretendido que qualquer método aqui estabelecido seja interpretado como exigindo que as suas etapas sejam executadas numa ordem específica, nem que sejam necessárias orientações específicas de dispositivos. Da mesma forma, quando uma reivindicação de método não recita uma ordem a ser seguida por suas etapas, ou que qualquer reivindicação de dispositivo não recita uma ordem ou orientação a componentes individuais, ou não é especificamente declarado nas reivindicações ou descrição que a as etapas devem ser limitadas a uma ordem específica, ou que uma ordem ou orientação específica para componentes de um dispositivo não seja recitada, não é de modo algum pretendido que uma ordem ou orientação seja inferida, em qualquer aspecto. Isso vale para qualquer base não expressa possível para interpretação, incluindo: questões de lógica com relação à disposição das etapas, fluxo operacional, ordem dos componentes ou orientação dos componentes; significado simples derivado de organização gramatical ou pontuação, e; o número ou tipo de modalidades descritas no relatório descritivo.
[0024] Conforme usados aqui, as formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” incluem referentes plurais, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Portanto, por exemplo, a referência a “um” componente inclui aspectos que possuem dois ou mais tais componentes, a menos que o contexto indique claramente o contrário.
[0025] Um processo para fabricar tubos de vidro é o processo da Vello. O processo da Vello pode ser usado para formar tubos de vidro ao fluir vidro fundido em torno de uma cabeça de campânula de um diâmetro conhecido enquanto simultaneamente flui um gás, tal como o ar, através da cabeça de campânula. A cabeça de campânula é posicionada e suportada dentro de uma abertura de um tanque de entrega de vidro, que contém vidro fundido, usando um suporte de campânula. O suporte de campânula também é usado para fornecer o gás à cabeça de campânula. A cabeça de campânula, em conjunto com o fluxo de gás, forma o vidro fundido em tubos de vidro com uma espessura de parede desejada.
[0026] O movimento da cabeça de campânula em relação à abertura pode ser causado por flutuações térmicas no equipamento e/ou perturbações mecânicas. Este movimento pode resultar em variações na espessura da parede do tubo de vidro. A diferença entre a espessura mínima da parede e a espessura máxima da parede, em uma secção transversal da tubulação de vidro, é conhecida como “revestimento”, e variações entre a espessura mínima da parede e a espessura máxima da parede, ao longo do comprimento da tubulação de vidro, podem ser chamadas de variações de revestimento. O movimento excessivo da cabeça de campânula pode resultar em tubos de vidro com variações de revestimento maiores do que uma tolerância predeterminada. Ou seja, a espessura de parede da tubulação de vidro resultante está fora da especificação. Tal tubo deve ser descartado, resultando em menores eficiências de fabricação e aumento nos custos de fabricação. A quantidade de tubos de vidro removidos e descartados devido ao revestimento fora do limite de especificação de revestimento é referida como "perda de revestimento".
[0027] Além disso, a alta temperatura do vidro fundido pode causar degradação do material metálico do suporte de campânula, tal como, por exemplo, descamação, oxidação e empolamento. Os detritos resultantes da degradação do material metálico podem ser transportados através do suporte de campânula e da cabeça de campânula pelo fluxo de gás e para o vidro macio do tubo de vidro resultante. Esses detritos podem ficar embutidos no vidro, criando defeitos de inclusão que podem resultar na rejeição total ou parcial do tubo de vidro, diminuindo as eficiências de fabricação e aumentando os custos de fabricação.
[0028] As modalidades descritas no presente pedido fornecem dispositivos para fabricação de tubos de vidro com montagens de campânula que reduzem a perda de revestimento no tubo de vidro formado a partir deles. Algumas modalidades das montagens de campânula descritas no presente pedido também podem mitigar os defeitos de inclusão nos tubos de vidro formados com os dispositivos para fabricação de tubos de vidro.
[0029] Referindo-se agora às Figuras 1A-1D, uma modalidade de uma montagem de campânula 10 é esquematicamente representada. A montagem de campânula 10 pode ser usada em um dispositivo para fabricação de tubos de vidro 20 (Figura 2) para facilitar a formação de tubos de vidro. A montagem de campânula 10 geralmente inclui uma cabeça de campânula 100 e um suporte 120. A cabeça de campânula 100 tem um corpo de cabeça de campânula 102 com um canal interno 104, uma superfície externa de cabeça de campânula 106 e uma raiz de cabeça de campânula 107. Uma parede de cabeça de campânula 108 prolonga-se entre o canal interno 104 e a superfície externa de cabeça de campânula 106. A parede de cabeça de campânula 108 é produzida a partir de um material metálico sólido adequado para utilização nas temperaturas elevadas experimentadas durante a fabricação de tubos de vidro. Materiais adequados incluem, sem limitação, platina ou ligas de platina, tais como liga de platina-ródio 80-20 e liga de platina-ródio 70-30, ligas de platina-ouro, metais refratários revestidos de platina, tais como molibdênio revestido de platina e ligas metálicas refratárias revestidas de platina, tais como ligas de molibdênio revestidas de platina.
[0030] Conforme descrito no presente pedido, a cabeça de campânula 100 forma o vidro fundido em tubo de vidro. Mais especificamente, o vidro fundido flui sobre a superfície externa de cabeça de campânula 106, de tal modo que o vidro fundido se forma em tubo quando sai da cabeça de campânula 100. Devido ao fato que o vidro fundido está em contato direto com a superfície externa de cabeça de campânula 106, quaisquer defeitos ou imperfeições na superfície externa de cabeça de campânula 106 podem ser transmitidos à superfície interna do tubo de vidro resultante. Nas modalidades descritas no presente pedido, a superfície externa de cabeça de campânula 106 pode ter um acabamento superficial de cerca de 1 a 10 micro polegadas Ra, por exemplo, cerca de 2 a 4 micro polegadas Ra, para mitigar a formação de defeitos na superfície interna do tubo de vidro resultante.
[0031] A superfície externa de cabeça de campânula 106 pode ter uma metade superior 106a e uma metade inferior 106b, e a raiz da cabeça de campânula 107 pode ter um diâmetro de raiz Dr. O diâmetro de raiz Dr pode ser uma função de um diâmetro interno alvo de tubo de vidro (não mostrado) e da taxa de fluxo de vidro sobre a superfície externa de cabeça de campânula 106. A metade inferior 106b, da superfície externa 106, pode ter uma inclinação ou ângulo negativo (rotulado θ na Figura 1C) em relação à vertical (isto é, em relação ao eixo Z dos eixos de coordenadas representados nas Figuras). Em modalidades, o ângulo de inclinação negativo θ é menor ou igual a 21 o para minimizar ou aliviar o fluxo de vidro instável sobre a superfície externa de cabeça de campânula 106.
[0032] Ainda se referindo às Figuras 1A-1D, o suporte 120 é acoplado à cabeça de campânula 100 e geralmente inclui um eixo de campânula 122 tendo um orifício interno 124 e uma superfície externa 126. O orifício interno 124 está em comunicação fluida com o canal interno 104 da cabeça de campânula 100, de tal modo que um fluido pressurizado, que flui através do orifício interno 124, também flui através do canal interno 104 da cabeça de campânula 100. Nas modalidades descritas no presente pedido, o fluido pressurizado pode ser um gás pressurizado, especificamente ar ou um gás pressurizado inerte, incluindo, sem limitação, nitrogênio, hélio, argônio, criptônio, xénon ou semelhantes. Nas modalidades descritas no presente pedido, o eixo de campânula 122 pode ser produzido a partir de materiais metálicos adequados para utilização nas temperaturas elevadas experimentadas durante a fabricação de tubos de vidro. Materiais adequados incluem, sem limitação, platina ou ligas de platina, tais como liga de platina- ródio 80-20 e liga de platina-ródio 70-30, ligas de platina-ouro, metais refratários revestidos de platina, tais como molibdênio revestido de platina e ligas metálicas refratárias revestidas de platina, tais como ligas de molibdênio revestidas de platina.
[0033] O vidro fundido pode entrar em contato com porções da superfície externa 126 do eixo de campânula 122 à medida que o vidro fundido flui em direção à cabeça de campânula 100. Devido ao fato que o vidro fundido está em contato direto com a superfície externa 126 do eixo de campânula 122, quaisquer defeitos ou imperfeições na superfície externa 126 do eixo de campânula 122 podem ser transmitidos à superfície interna do tubo de vidro resultante. Nas modalidades descritas no presente pedido, a superfície externa 126, do eixo de campânula 122, pode ter um acabamento superficial de cerca de 1 a 10 micro polegadas Ra, por exemplo, cerca, de 2 a 4 micro polegadas Ra, para mitigar a formação de defeitos na superfície interna do tubo de vidro resultante.
[0034] A deflexão do eixo de campânula 122, como resultado de flutuações térmicas e/ou perturbações mecânicas, pode afetar o revestimento do tubo de vidro. O aumento da rigidez do eixo de campânula 122 pode reduzir tais deflexões e, como resultado, diminuir as perdas do revestimento. Por exemplo, a Figura 3 representa a modelagem computacional da deflexão (direção X) para um eixo de campânula com um ‘eixo de baixa rigidez’ comparado a um eixo de campânula com um ‘eixo de alta rigidez’ em função da carga em uma cabeça de campânula (direção X) acoplada a cada eixo de campânula, onde a carga é a força exercida na cabeça de campânula quando o vidro é puxado pela máquina de puxar (não mostrada) localizada a jusante da cabeça de campânula. Quando submetido à mesma carga, o eixo de campânula com maior rigidez deflexiona menos que o eixo de campânula com a menor rigidez. A rigidez do eixo de campânula 122 pode ser aumentada ao usar um eixo de campânula 122 com uma maior espessura de parede, formando o eixo de campânula 122 a partir de um material com um módulo de Young relativamente elevado, reduzir a distância entre a cabeça de campânula 100 e um suporte de eixo de campânula 160, aumentar um diâmetro externo do eixo de campânula 122, ou uma ou mais combinações de uma maior espessura de parede de eixo de campânula, material de eixo de campânula com um módulo de Young mais elevado, distância reduzida entre a cabeça de campânula e o suporte de campânula e diâmetro externo aumentado do eixo de campânula. Em modalidades, a espessura de parede do eixo de campânula pode ser de cerca de 1 a cerca de 12 milímetros, por exemplo, de cerca de 2 a cerca de 5 milímetros. A minimização dos desvios de circularidade (fora de volta) do eixo de campânula 122 pode reduzir a variação circunferencial do tubo de vidro formado a partir de vidro fundido que entra em contato com porções da superfície externa 126 do eixo de campânula 122 à medida que o vidro fundido flui em direção à cabeça de campânula 100, conforme discutido em mais detalhes abaixo.
[0035] Em algumas modalidades, a montagem de campânula 10 pode incluir, adicionalmente, um revestimento 128. O revestimento é posicionado dentro do orifício interno 124 do eixo de campânula 122. Em modalidades, o revestimento 128 é produzido a partir de um material refratário. Por exemplo, o revestimento 128 pode ser produzido a partir de alumina, tal como a Alumina 998 da CoorsTek. Em algumas modalidades, o revestimento 128 é livre de compostos orgânicos que podem volatilizar e contaminar o vidro fundido que flui em torno da montagem de campânula 10. Deve ser apreciado que o revestimento 128 atenua a degradação do orifício interno 124 do eixo de campânula 122 e, no caso em que o orifício interno 124 do eixo de campânula 122 se degrada, tal como por oxidação, empolamento, ou semelhantes, o revestimento 128 comporta-se como uma barreira que impede que o material particulado resultante da degradação do orifício interno 124 entre em contato e seja incorporado no tubo de vidro puxado sobre a cabeça de campânula 100, conforme discutido em mais detalhes abaixo.
[0036] Em modalidades, o suporte 120, da montagem de campânula 10, pode incluir, adicionalmente, uma blindagem térmica 140. A blindagem térmica 140 prolonga-se ao longo da superfície externa 126, eixo de campânula 122, e inclui uma extremidade distal 141 e uma extremidade proximal 143. Em algumas modalidades, a extremidade distal 141, da blindagem térmica 140, termina acima da cabeça de campânula 100, isto é, a extremidade distal 141, da blindagem térmica 140, está espaçada da cabeça de campânula 100, conforme representado nas Figuras 1A-1C. Em algumas outras modalidades (não representadas), a blindagem térmica 140 encosta na cabeça de campânula 100, de tal modo que a extremidade distal 141, da blindagem térmica 140, está em contato com a cabeça de campânula 100.
[0037] A blindagem térmica 140 pode diminuir ou mitigar as perturbações térmicas ao blindar ou ao isolar o eixo de campânula 122 das variações de temperatura no ambiente de fabricação de tubos de vidro. Deve ser apreciado que as variações de temperatura ao longo da largura (direção X), do eixo de campânula 122, resultam numa expansão e contração não uniforme ao longo do comprimento (direção Z) do eixo de campânula 122 e deflexão do eixo de campânula 122 e da cabeça de campânula 100 acoplado ao mesmo. A redução das variações de temperatura ao longo da largura do eixo de campânula 122 diminui a deflexão do eixo de campânula 122 e da cabeça de campânula 100 acoplada ao mesmo e pode resultar numa diminuição das perdas de revestimento ao puxar tubos de vidro sobre a cabeça de campânula 100.
[0038] Em modalidades, a blindagem térmica 140 inclui uma camada de revestimento 142 e uma camada de isolamento 144. A camada de isolamento 144 pode estar posicionada entre a camada de revestimento 142 e a superfície externa 126 do eixo de campânula 122. A camada revestimento 142 pode ser produzida a partir de materiais metálicos adequados para utilização nas temperaturas elevadas experimentadas durante a fabricação de tubos de vidro. Materiais adequados incluem, sem limitação, platina ou ligas de platina, tais como liga de platina-ródio 80-20 e liga de platina-ródio 70-30, ligas de platina-ouro, metais refratários revestidos de platina, tais como molibdênio revestido de platina e ligas metálicas refratárias revestidas de platina, tais como ligas de molibdênio revestidas de platina.
[0039] O vidro fundido pode entrar em contato com porções da camada de revestimento 142 da blindagem térmica 140 à medida que o vidro fundido flui em direção à cabeça de campânula 100. Devido ao fato que vidro fundido está em contato direto com a camada de revestimento 142 da blindagem térmica 140, quaisquer defeitos ou imperfeições na camada de revestimento 142 da blindagem térmica 140 podem ser conferidos à superfície interna do tubo de vidro resultante. Nas modalidades descritas no presente pedido, a camada de revestimento 142 da blindagem térmica 140 pode ter um acabamento superficial de cerca de 10 a cerca de 50 micro polegadas Ra, por exemplo, cerca de 16 a cerca de 32 micro polegadas Ra, para mitigar a formação de defeitos na superfície interna do tubo de vidro resultante.
[0040] Em modalidades, a camada de isolamento 144 da blindagem térmica 140 pode ser produzida a partir de um material cerâmico refratário. Materiais cerâmicos refratários adequados incluem, sem limitação, produtos refratários da ZIRCAR Tipo ALC, ALC-AA, ZAL-15, ZAL-15AA, ECO-20AA, AL- 30, AL-30AA, ZAL-45, AL-30AAH, AL-25/1700, SALI e SALI-2. Em modalidades, a camada de isolamento 144 pode estar livre de compostos orgânico que podem volatilizar e contaminar o vidro fundido que flui em torno da montagem de campânula 10.
[0041] Em modalidades, a blindagem térmica 140 pode estar afastada da superfície externa 126 do eixo de campânula 122, conforme representado na Figura 1D. Por exemplo, em algumas modalidades, uma lacuna 146 pode ser disposta entre a camada de isolamento 144 e a superfície externa 126 do eixo de campânula 122. Em modalidades, a lacuna pode ser preenchida com um gás, tal como o ar e/ou um gás inerte, tal como nitrogênio, hélio, argônio, criptônio, xênon. Em outras modalidades, a lacuna 146 pode estar sob vácuo. Em geral, a lacuna146 fornece uma barreira térmica entre a superfície externa 126 do eixo de campânula 122 e a camada de isolamento 144, isolando, deste modo, o eixo de campânula 122 de variações de temperatura ao longo da largura da blindagem térmica.
[0042] Referindo-se agora às Figuras 1A-1D e à Figura 2, uma modalidade de um dispositivo para fabricação de tubos de vidro 20 que compreende a montagem de campânula 10, das Figuras 1A-1D, é esquematicamente representado. Especificamente, a Figura 2 representa uma vista lateral do dispositivo para fabricação de tubos de vidro 20 sendo usado para a fabricação de tubo de vidro 300. O dispositivo para fabricação de tubos de vidro 20 inclui um tanque de entrega de vidro 200 com um orifício de entrega 204 que se prolonga através do fundo 206 do tanque de entrega de vidro 200. O vidro fundido 202 está contido no tanque de entrega de vidro 200. Posicionada, pelo menos parcialmente, acima do tanque de entrega de vidro 200 está uma seção aquecedora 210 com um ou mais elementos de aquecimento 212. Os elementos de aquecimento 212 podem ser queimadores a gás de combustão, elementos de aquecimento elétrico, elementos de aquecimento por infravermelhos ou semelhantes. A seção aquecedora fornece calor ao vidro fundido 202 no tanque de entrega de vidro 200 e assegura que o vidro fundido 202 tenha ou mantenha uma temperatura e viscosidade desejadas à medida que ele flui através do orifício de entrega 204 em torno do eixo de campânula 122. A cabeça de campânula 100 é posicionada, pelo menos parcialmente, abaixo do orifício de entrega 204, e o eixo de campânula 122 prolonga-se desde a cabeça de campânula 100 para cima através (direção + Z) do orifício de entrega 204, através do vidro fundido 202 e da seção aquecedora 210. Em modalidades, a cabeça de campânula 100 está abaixo (direção -Z) do orifício de entrega 204 do tanque de entrega de vidro 200 a uma distância tal que o movimento da cabeça de campânula 100 na direção +/-Z não afeta a taxa de fluxo do vidro fundido 202 através do orifício de entrega 204 em torno do eixo de campânula 122 e sobre a cabeça de campânula 100.
[0043] No interior do orifício interno 124 do eixo de campânula 122, o revestimento 128 prolonga-se desde a cabeça de campânula 100 para cima através do orifício de entrega 204, do vidro fundido 202 e da seção aquecedora 210. A blindagem térmica 140 prolonga-se ao longo da superfície externa 126, do eixo de campânula 122, através da seção aquecedora 210 e através de pelo menos parte do tanque de entrega de vidro 200 dentro do vidro fundido 202. Na modalidade ilustrada na Figura 2, a blindagem térmica 140 termina dentro do tanque de entrega de vidro 200 e está afastada do orifício de entrega 204. Contudo, em modalidades alternativas (não mostradas), a blindagem térmica prolonga-se para e contata a cabeça de campânula, conforme descrito no presente pedido. Em modalidades, o suporte 120 pode incluir um acoplador 150 que acopla o eixo de campânula 122 a uma extensão de eixo de campânula 130. Deve ser apreciado que as maiores temperaturas no dispositivo para fabricação de vidro 20 ocorrem na seção aquecedora 210, seguidas pelas temperaturas no tanque de entrega de vidro 200 e depois as temperaturas na região acima (direção +Z) do tanque de entrega de vidro. Consequentemente, a porção do eixo de campânula 122, que está localizada dentro da seção aquecedora 210 e do tanque de entrega de vidro 200, pode ser produzida a partir de materiais adequados para utilização em temperaturas elevadas, tais como platina ou ligas de platina, enquanto a extensão do eixo de campânula 130, que prolonga-se a partir do acoplador 150 ao suporte de eixo de campânula 160 e está localizada dentro da região acima da seção aquecedora 210, pode ser produzida a partir de materiais adequados para aplicações em baixa temperatura, tais como Inconel 600 ou aço inoxidável 310, que são menos caros e menos resistentes à temperatura (em comparação com platina ou ligas de platina). Em funcionamento, o vidro fundido 202 é entregue ao tanque de entrega de vidro 200. Em modalidades, a temperatura do vidro fundido dentro do tanque de entrega de vidro 200 é mantida com a seção aquecedora 210. A montagem de campânula 10 é posicionada com o suporte de eixo de campânula 160 de tal modo que a cabeça de campânula 100 é posicionada, pelo menos parcialmente, abaixo (direção -Z) do orifício de entrega 204 do tanque de entrega de vidro 200. O vidro fundido 202 flui através do orifício de entrega 204, em torno do eixo de campânula 122 e sobre a cabeça de campânula 100 que molda o vidro fundido 202 em tubo de vidro 300. Minimizar os desvios de circularidade do eixo de campânula 122 conforme descrito acima, particularmente na seção do eixo de campânula 122 que passa através do orifício de entrega 204, reduz a variação circunferencial do tubo de vidro 300, formado a partir do vidro fundido 202, que entra em contato com porções da superfície externa 126, do eixo de campânula 122, à medida que o vidro fundido 202 flui através do orifício de entrega em torno do eixo de campânula 122 e em direção à cabeça de campânula 100.
[0044] À medida que o vidro fundido flui sobre a cabeça de campânula 100, um fluido pressurizado, tal como o ar, é direcionado através do orifício interno 124, do eixo de campânula 122, e através do canal interno 104, da cabeça de campânula 100, e para o interior do tubo de vidro 300 O gás pressurizado suporta o interior do tubo de vidro 300 depois de fluir a partir da cabeça de campânula 100 e não está mais em contato com a superfície externa de cabeça de campânula 106, conforme representado esquematicamente na Figura 2.
[0045] A blindagem térmica 140 diminui ou mitiga perturbações térmicas no eixo de campânula 122 ao isolar o eixo de campânula 122 das variações de temperatura dentro do dispositivo para fabricação de tubos de vidro 20. Especificamente, as maiores temperaturas e maiores variações de temperatura ocorrem dentro da seção aquecedora 210. As variações de temperatura na seção aquecedora 210 resultam em gradientes térmicos ao longo do diâmetro do eixo de campânula 122. Contudo, a blindagem térmica 140 isola o eixo de campânula 122 e, desse modo, reduz as variações de temperatura ao longo do diâmetro do eixo de campânula 122. A redução das variações de temperatura ao longo da largura do eixo de campânula 122 diminui a deflexão do eixo de campânula 122 e da cabeça de campânula 100 a ele acoplada, reduzindo, desse modo, as perdas de revestimento no tubo de vidro 300 produzido com o dispositivo para fabricação de tubos de vidro 20.
[0046] A deflexão do eixo de campânula 122 também pode ser reduzida ao aumentar a rigidez do eixo de campânula (Figura 3), por exemplo, ao aumentar a espessura de parede do eixo de campânula 122, usar um material de eixo de campânula com um módulo de Young maior, diminuir a distância entre a cabeça de campânula 100 e o suporte de eixo de campânula 160, aumentar um diâmetro externo do eixo de campânula 122 ou qualquer combinação destes.
[0047] Conforme observado acima, o revestimento 128 atenua a degradação do orifício interno 124 do eixo de campânula 122, tal como por oxidação, formação de bolhas ou semelhante, mitigando, desse modo, os defeitos de inclusão no vidro. No caso em que o orifício interno 124 do eixo de campânula 122 se degrade, o revestimento 128 comporta-se como uma barreira que impede que o material particulado, resultante da degradação do orifício interno 124, entre em contato e seja incorporado ao tubo de vidro puxado sobre a cabeça de campânula 100.
[0048] Em modalidades, a extremidade distal 141, da blindagem térmica 140, termina dentro do tanque de entrega de vidro 200 numa posição acima e afastada do orifício de entrega 204, isto é, a blindagem térmica não se prolonga pelo do orifício de entrega 204. Deve ser apreciado que com o eixo de campânula 122 prolongando-se pelo orifício de entrega 204, sem a presença da blindagem térmica 140, é mantida uma tolerância mais restrita da espessura de parede do tubo de vidro. Deve também ser apreciado que as temperaturas mais elevadas e as maiores variações de temperatura, dentro do dispositivo para fabricação de tubos de vidro 20, podem estar dentro da seção aquecedora 210. A blindagem térmica 140 isola o eixo de campânula 122 de tais variações de temperatura.
[0049] Referindo-se agora à Figura 4, são representados os resultados de modelação por computador para a deflexão de duas cabeças de campânula 100 em função da variação de temperatura numa seção aquecedora 210 e da rigidez de dois eixos de campânula 122. A deflexão das duas cabeças de campânula 100 é o resultado da variação de temperatura ao longo da largura de um respectivo eixo de campânula 122 acoplado a uma dada cabeça de campânula 100. A deflexão das duas cabeças de campânula 100 é modelada para uma seção do eixo de campânula 122 localizado dentro da seção aquecedora 210 a cerca de 0,6 metros da cabeça de campânula 100. Conforme mostrado na Figura 4, a cabeça de campânula 100 acoplada ao eixo de campânula 122 com o "eixo de alta rigidez" exibe uma redução aproximada de 30% na deflexão em comparação com a cabeça de campânula 100 acoplada ao eixo de campânula 122 com o "eixo de baixa rigidez". O "eixo de alta rigidez" tinha um diâmetro externo maior e uma espessura de parede maior que o "eixo de baixa rigidez". Conforme observado no presente pedido, a deflexão diminuída do eixo de campânula reduz as perdas de revestimento e, como resultado, melhora as eficiências e o rendimento da produção.
[0050] Referindo-se às Figuras 5A-5B, são representados os resultados de modelação por computador para a variação de temperatura ao longo da largura (direção +Y) do eixo de campânula 122 com e sem a presença da blindagem térmica 140. Particularmente, a Figura 5A ilustra a variação da temperatura, ao longo da largura do eixo de campânula 122, sem a presença da blindagem térmica 140, e Figura 5B ilustra a variação da temperatura, ao longo da largura do eixo de campânula 122, com a presença da blindagem térmica 140. O eixo de campânula 122 tinha uma espessura de parede de 3 milímetros. Conforme mostrado na Figura 5B, a variação da temperatura, ao longo da largura do eixo de campânula 122, é reduzida de 1X quando nenhuma blindagem térmica 140 está presente para 0,136X quando a blindagem térmica 140 está presente. Isto é, a blindagem térmica 140 reduz as variações da temperatura, ao longo do eixo de campânula 122, em pelo menos 20%. Em modalidades, a redução na variação de temperatura, ao longo da largura do eixo de campânula 122, é superior a 40%, de um modo preferido, superior a 50% e, de um modo mais preferido, superior a 60%. Deve ser apreciado que a redução na variação de temperatura resulta em estabilidade dimensional aumentada da cabeça de campânula 100, durante a fabricação de tubos de vidro, e perda de revestimento reduzida.
[0051] Será evidente para os versados na técnica que podem ser feitas várias modificações e variações às modalidades descritas no presente pedido sem se afastar do espírito ou do escopo. Portanto, pretende-se que as modalidades descritas no presente pedido cubram quaisquer modificações e variações desde que elas estejam dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.
Claims (15)
1. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, caracterizado por compreender: um tanque de entrega de vidro (200) para conter vidro fundido (202), o tanque de entrega de vidro (200) compreendendo um orifício de entrega (204) que se prolonga através do fundo do tanque de entrega de vidro (200); uma cabeça de campânula (100) configurada para formar vidro fundido (202) em tubos de vidro, a cabeça de campânula (100) posicionada, parcialmente, abaixo do orifício de entrega do tanque (204) de entrega de vidro (200); um suporte (120) conectado à cabeça de campânula (100), o suporte (120) compreendendo: um eixo de campânula (122) com um orifício interno (124) e uma superfície externa (126), o eixo de campânula (122) prolongando-se desde a cabeça de campânula (100) através do orifício de entrega (204), do tanque de entrega de vidro (200), até um suporte de eixo de campânula (160); um revestimento (128) posicionado no orifício interno (124) do eixo de campânula (122); uma blindagem térmica (140) posicionada em torno de uma porção da superfície externa (126) do eixo de campânula (122), a blindagem térmica (140) se prolongando através do tanque de entrega de vidro (200), em que a blindagem térmica (140) está afastada da cabeça de campânula (100).
2. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a cabeça de campânula (100) compreender um corpo com um canal interno (104), uma superfície externa de cabeça de campânula (106) e uma parede (108) produzida a partir de um material metálico sólido, que se prolonga entre o canal interno (104) e a superfície externa de cabeça de campânula (106).
3. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o eixo de campânula (122) se prolongar desde a cabeça de campânula (100) para cima através do tanque de entrega de vidro (200).
4. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a parede da cabeça de campânula (100) e o eixo de campânula (122) serem produzidos a partir de platina ou de uma liga de platina.
5. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o revestimento (128) ser produzido a partir de um material refratário.
6. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o material refratário ser livre de compostos orgânicos.
7. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o revestimento (128) ser produzido a partir de alumina.
8. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a blindagem térmica (140) compreender um revestimento externo (142) e uma camada de isolamento (144) posicionada entre o revestimento externo (142) e a superfície externa (126) do eixo de campânula (122).
9. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o revestimento externo (142) ser produzido a partir de platina ou de uma liga de platina.
10. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a camada de isolamento (144) ser produzida a partir de um material refratário.
11. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o material refratário estar livre de compostos orgânicos.
12. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por a blindagem térmica (140) estar espaçada da superfície externa (126) do eixo de campânula (122).
13. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por compreender, adicionalmente, uma lacuna de ar entre a superfície externa (126) do eixo de campânula (122) e a blindagem térmica (140).
14. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por a blindagem térmica (140) terminar dentro do tanque de entrega de vidro (200) acima do orifício de entrega (204).
15. Dispositivo (20) para fabricação de tubos de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por compreender, adicionalmente, uma seção aquecedora (210) localizada acima do tanque de entrega de vidro (200), a seção aquecedora (210) configurada para aquecer o vidro fundido (202) no tanque de entrega de vidro (200), em que a blindagem térmica (140) se prolonga ao longo da seção aquecedora (210).
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