CN108495825B - 热稳定的玻璃管成形设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于玻璃管制造的钟形件定位设备包括钟形件和与所述钟形件连接的支承件。钟形件定位设备附接于支承件并且被构造用于以至少三个自由度移动支承件和钟形件。所述钟形件定位设备包括平台、平台框架和一个或多个框架支脚。框架支脚尺寸稳定性设备将每米的每个框架支脚之间的距离的温度变化在较长的时间例如4小时内保持在6.5℃以内。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年1月15日提交的系列号为62/279,522，名称为“ThermallyStable Glass Tubing Forming Apparatuses”[《热稳定的玻璃管成形设备》]的美国临时专利申请的优先权，其全文通过引用的方式纳入本文。
背景
技术领域
本文所述的实施方式一般涉及用于形成玻璃管的设备，更具体地，涉及用于形成尺寸热稳定性增强的玻璃管的设备。
背景技术
使用玻璃管来生产玻璃制品(例如小瓶、筒和注射器)要求玻璃管壁具有高水平的尺寸稳定性。例如，小瓶、筒和注射器具有严苛的尺寸要求，其要求同心度和壁厚度变化最小。行业标准要求壁厚度变化小于产品的总壁厚度的5％。然而，形成玻璃制品的玻璃管的尺寸变化可导致玻璃制品的壁厚度在可接触的容差范围外。这样的尺寸变化可能是由于，例如玻璃管制造工艺的工艺不稳定性或工艺改变导致的。
因此，需要替代性的玻璃管成形设备，使得由其形成的玻璃管的尺寸变化有所减小。
发明内容
本文所述的实施方式涉及尺寸热稳定性增强的玻璃管成形设备，其在玻璃管的生产期间使偏壁度(siding)损失减小。本文还描述了包含尺寸热稳定性增强的钟形件定位设备的玻璃管成形设备，以在玻璃管生产期间减少由于钟形件定位设备的热膨胀和热收缩导致的玻璃输送槽的底部开口内的钟形件的不期望的移动。
根据一个实施方式，玻璃管制造设备的钟形件定位设备包括被构造用于在其上拉制玻璃管的钟形件，与钟形件连接的支承件，以及框架。所述框架具有平台和支承臂，所述支承臂附接于所述平台和所述支承件。所述支承臂被构造用于以三个自由度移动支承件。所述平台刚性附接于所述框架，并且所述框架具有框架支脚。包括框架支脚尺寸稳定性设备，并且该框架支脚尺寸稳定性设备沿着每个框架支脚长度每米的框架支脚宽度的温度变化保持在6.5摄氏度(℃/m)以内。框架支脚尺寸稳定性设备通过利用温度控制部件均匀加热或冷却框架支脚，而在4小时内将每米的框架支脚宽度的温度变化保持在6.5℃以内。在一些实施方式中，温度控制部件可以是围绕框架支脚长度缠绕的电阻加热丝、加热带等。或者，温度控制部件可以是引导穿过框架支脚的加热或冷却的空气，或者甚至可以是框架支脚浸没在其中的加热或冷却的液体。在一些实施方式中，每个框架支脚可以位于包壳中，例如绝缘涂层、液体浴容器等。可沿着框架支脚的长度定位一个或多个温度传感器，以及定位温度控制器和温度控制部件能源，所述温度控制部件能源提供能量来加热或冷却温度控制部件。温度控制部件的加热或冷却使框架支脚的长度得到加热或冷却，并且将每米的框架支脚宽度的温度变化保持在6.5℃以内。
根据另一个实施方式，玻璃管制造设备包括具有熔融玻璃的玻璃输送槽。玻璃输送槽具有底部开口，所述底部开口具有内径。上部部分具有内径的钟形件位于玻璃输送槽的底部开口内，并且在玻璃输送槽底部开口的内径与钟形件的外径之间存在空隙(空间)。支承件与钟形件连接，并且向上延伸通过玻璃输送槽到达钟形件定位设备。钟形件定位设备包括框架，所述框架具有至少一个框架支脚、平台以及支承臂。所述平台附接于所述框架，并且所述支承臂附接于所述平台和所述支承件。钟形件定位设备被构造用于移动支承臂、附接于支承臂的支承件以及与支承件连接的钟形件。因此，钟形件定位设备被构造成使钟形件的上部部分定位在玻璃输送槽的底部开口内。钟形件定位设备还包括框架支脚尺寸稳定性设备，其沿着框架支脚的长度将每米的跨越框架支脚的特征距离的沿每个框架支脚长度的温度变化保持在6.5℃以内。框架支脚尺寸稳定性设备可通过利用温度控制部件均匀加热或冷却框架支脚的长度，而将每米的跨越框架支脚的特征距离的温度变化保持在6.5℃以内。在一些实施方式中，温度控制部件可以是围绕框架支脚长度缠绕的电阻加热丝、加热带等。或者，温度控制部件可以是引导穿过框架支脚的加热或冷却的空气；或者可以是框架支脚浸没在其中的加热或冷却的液体。每个框架支脚可以位于包壳中，例如绝缘涂层、液体浴容器等。可沿着框架支脚的长度定位一个或多个温度传感器，以及定位温度控制器和温度控制部件能源，所述温度控制部件能源提供能量来加热或冷却温度控制部件。温度控制部件的加热或冷却使框架支脚的长度得到加热或冷却，并且将每米的各框架支脚之间的距离的温度变化保持在+/-6.5℃以内。
根据另一个实施方式，用于制造玻璃管的方法包括在玻璃输送槽中熔化玻璃组合物以及形成熔融玻璃。玻璃输送槽具有底部开口，所述底部开口具有内径。在钟形件周围拉制熔融玻璃，从而形成玻璃管。钟形件具有具备内径的上部部分，其位于玻璃输送槽的底部开口内。熔融玻璃流动通过底部开口的内径与钟形件的外径之间的空隙。使用钟形件定位设备将钟形件定位在玻璃输送槽的底部开口内。钟形件定位设备具有支承臂和框架，所述框架具有平台以及至少一个框架支脚。支承臂附接于平台以及附接于与钟形件连接的支承件。钟形件定位设备被构造用于通过移动支承臂而使钟形件移动。钟形件定位设备包括框架支脚尺寸稳定性设备，所述框架支脚尺寸稳定性设备被构造用于将每米的各框架支脚之间的距离的温度变化保持在6.5℃以内。在一些实施方式中，每个框架支脚可与温度控制部件接触，所述温度控制部件例如围绕框架支脚长度缠绕的电阻加热丝、加热带等。或者，温度控制部件可以是引导穿过框架支脚的加热或冷却的空气，或者可以是框架支脚浸没在其中的加热或冷却的液体。每个框架支脚可以位于包壳中，例如绝缘涂层、液体浴容器等。可沿着框架支脚的长度定位一个或多个温度传感器，以及定位温度控制器和温度控制部件能源，所述温度控制部件能源提供能量来加热或冷却温度控制部件。在围绕钟形件形成及拉制玻璃管期间，框架支脚尺寸稳定性设备沿着每个框架支脚的长度监测温度，并且沿着每个框架支脚的长度加热或冷却温度控制部件。温度控制部件的加热或冷却使框架支脚的长度得到加热或冷却，并且将每米的各框架支脚之间的距离的温度变化保持在6.5℃以内。
在以下的具体实施方式中将提出本文所述的尺寸热稳定性增强的玻璃管成形设备的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的实施方式而被认识。
应理解，前述的一般性描述和下文的详细描述都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1是根据本文所示及所述的一个或多个实施方式的具有钟形件定位设备的玻璃管制造设备的截面示意图；
图2是根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，例示了在玻璃输送槽的底部开口内的钟形件放大视图的图1所示的圆形区域的示意图；
图3是根据本文所示及所述的一个或多个实施方式的钟形件定位设备的截面侧视示意图；
图4是根据本文所示及所述的一个或多个实施方式的钟形件定位设备的截面侧视示意图；
图5是根据本文所示及所述的一个或多个实施方式的钟形件定位设备的截面侧视示意图；
图6是示出了偏壁度的测量位置根据角位置变化而变化的玻璃管的示意图；
图7以图形的形式示出了偏壁度变化根据围绕图6的玻璃管外周的位置而变化；
图8以图形的形式描述了偏壁度相对于时间的关系以及从设定点(SP)开始的框架支脚的温度变化(ΔT)；以及
图9是用于模拟钟形件在玻璃管制造期间移动的玻璃管制造设备的示意图。
具体实施方式
现将详细参考本文所述的用于对玻璃管进行成形的各种设备和方法，它们的实例在附图中例示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。图1示出了生产玻璃管的设备的一个实施方式。根据一个实施方式，所述设备包括其中具有熔融玻璃的玻璃输送槽。玻璃输送槽具有底部开口，熔融玻璃流动通过该底部开口。钟形件至少部分定位在玻璃输送槽的底部开口内。在钟形件的外表面和玻璃输送槽的底部开口的内表面之间存在空隙(空间)。通过使熔融玻璃流动通过钟形件与玻璃输送槽底部开口之间的空隙，并且在钟形件外表面上拉制熔融玻璃来生产玻璃管。钟形件通过支承件保持在玻璃输送槽底部开口内，所述支承件与钟形件定位设备机械连接。钟形件定位设备可以三个自由度移动支承件，并因此移动钟形件及将钟形件定位在玻璃输送槽底部开口内的所需位置处。钟形件定位设备具有支承臂、支承臂定位装置、平台和框架，所述框架具有至少一个框架支脚。支承臂定位装置可位于平台上，并且使支承臂移动，进而使支承件和钟形件移动。每个框架支脚均可定位在包壳内。包壳包含定位在框架支脚附近的温度控制部件。在一些实施方式中，温度控制部件可以是围绕框架支脚长度缠绕的电阻加热丝、加热带等。或者，温度控制部件可以是引导穿过框架支脚的加热或冷却的空气，或者甚至可以是框架支脚浸没在其中的加热或冷却的液体。将温度控制部件保持在大致均匀的温度下，进而将各框架支脚之间的温度变化保持在每米的各框架支脚之间的距离的温度变化在6.5℃以内。将每米的框架支脚之间的距离的温度变化保持在6.5℃以内向框架、平台、支承臂、支承件和钟形件提供了尺寸热稳定性。本文将具体参考附图进一步详细描述钟形件定位设备、包含钟形件定位设备的玻璃管制造设备及其使用方法的各个实施方式。
用于制造玻璃管的一种方法是维洛(Vello)法。维洛法通过使熔融玻璃围绕直径已知的模头(也被称为“钟形件”、“钟形件头”或“钟罩”)来形成玻璃管。使用钟形件定位装置将钟形件定位在含有熔融玻璃的玻璃输送槽的开口内。钟形件定位装置可以用于调整钟形件在玻璃输送槽开口内的位置，使得由其生产的玻璃管具有所需的内径和壁厚度(在本文中也被称为“偏壁度”)。一旦钟形件定位在玻璃输送槽开口内的所需位置处，则钟形件在开口内的进一步移动可导致管的偏壁度改变。可能发生钟形件意外移动，并且导致管的偏壁度变化超过允许的变化程度。也就是说，得到的管的壁厚度超出了规格。必须丢弃这样的管，这导致制造效率下降及制造成本增加。
例如，现在具体参考图6-7，图6示出了玻璃管304的截面，并且图7示出了管的偏壁度(y轴)根据角位置(x轴)而变化的图。玻璃管304具有管壁外表面306和管壁内表面308。管壁外表面306与管壁内表面308之间的距离为管壁厚度309。可以在围绕玻璃管304外周的多个位置处测量玻璃管304的管壁厚度309。例如，通常在围绕玻璃管304外周的各个角位置(例如0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°和360°)测量管壁厚度309的测量值，如图7所示。在图6和7所示的实例中，管壁厚度从最大厚度1.134毫米(mm)变化到最小厚度1.060mm，其中管壁厚度309的最大变化等于0.074mm。管壁厚度的最大变化称为偏壁度。也就是说，管的偏壁度是给定截面的最大管壁厚度与最小管壁厚度之间的差。例如，图6和7所示的实例的偏壁度为0.074mm。在玻璃管304的偏壁度规格小于0.074mm(例如0.055mm)的情况中，玻璃管304落在偏壁度规格极限外。报废落在偏壁度规格极限外的玻璃管304。应理解的是，偏壁度的测量是在玻璃管的制造期间或之后，在离散的截面处沿着玻璃管的长度进行的。由于偏壁度落在偏壁度规格极限外而移除及报废的玻璃管的量被称为“偏壁度损失”。
导致偏壁度损失的钟形件的意外移动可能是由于钟形件定位装置的不均匀热膨胀和热收缩导致的。这一不均匀的热膨胀和热收缩来源可以是，例如玻璃管制造设备所处的制造环境的环境条件改变。这些环境条件的变化造成钟形件定位装置的各个部件发生尺寸膨胀或收缩，进而改变钟形件相对于玻璃输送槽的位置，从而导致所得的玻璃管的偏壁度改变。
本文所述的钟形件定位设备以及包含该钟形件定位设备的玻璃管制造设备的实施方式减小了钟形件定位装置的尺寸变化并减小了由其生产的玻璃管的厚度变化。
现在参考图1-2，图1-2示意性地示出了玻璃管制造设备300的钟形件定位设备100的一个实施方式。具体来说，图1和2示出了钟形件定位设备100的前视图，以及其中包含了钟形件定位设备100的玻璃管制造设备300的截面前视图。钟形件定位设备100和玻璃管制造设备300一般为垂直取向(即，在图1-2所示的坐标轴的+/-Z方向上)，从而在向下的垂直方向上(即，在图1-2所示的坐标轴的–Z方向上)拉制玻璃管304。
钟形件定位设备100包括框架120，所述框架120具有至少一个框架支脚122和平台130。所述至少一个框架支脚122由基底190(例如地板)支承。钟形件定位设备100具有支承件定位装置140。所述支承件定位装置140受到平台130支承并附接于平台130，进而受到所述至少一个框架支脚122支承。在一些实施方式中，支承件定位装置140使用高温精密滚珠丝杠、线性滑件等来提供支承件110相对于玻璃输送槽的底部开口的至少两轴控制(如图1所示的X-Y轴移动)、三轴控制(如图1所示的X-Y-Z轴移动)或最高达五轴控制。支承件定位装置140可包括伺服或变频驱动(VFD)运动装置，其控制高温精密滚珠丝杠，线性滑件等。支承件定位装置140与支承件110连接。支承件110与钟形件200连接，所述钟形件200是玻璃管制造设备300的部分。支承件110的遥控以及来自支承件110的反馈可作为支承件定位装置140的部分被包括进来。支承件110可具有流体供应通道112，例如管道、导管或类似的流体输送装置，其与钟形件200的内室202流体连接。流体供应通道112可以可操作地向内室202输送一定量的加压流体。在本文所述的实施方式中，加压流体可以为加压气体，具体为空气或惰性加压气体，包括但不限于氮气、氦气、氩气、氪气、氙气等。如图1示意性示出的，当气体流经钟形件200并且不再接触钟形件200的侧壁214之后，气体支承玻璃管304的内部。玻璃管制造设备300包括用于向钟形件200提供熔融玻璃302的玻璃输送槽305。
在一些实施方式中，可以在钟形件200周围设置具有加热元件219的加热设备218。在一个实施方式中，加热设备218可包括红外加热设备。然而，应理解的是，可以使用其他类型的加热单元，包括但不限于聚焦红外、电阻、感应和/或其组合。另外，应理解的是，虽然图1示出了围绕钟形件200设置的加热设备，但是加热设备218可以与钟形件200集成为一体，例如当加热设备218为电阻加热设备时。
仍然参考图1-2，用于形成玻璃管的玻璃管制造设备300还可以包括拉制机构328。拉制机构328一般设置在钟形件200的下方，并且可以包括至少一个牵引器轮329，所述牵引器轮329可操作地接触在钟形件200上拉制的玻璃管并且向下拉制玻璃管。在一些实施方式中，玻璃管制造设备300可垂直延伸通过建筑物、结构等的一个或多个地板。在这些实施方式中，钟形件定位设备100可位于并支承在一个地板(基底190)上，其中支承件110从支承件定位装置140出发延伸通过地板(基底190)以及通过位于下层地板并受下层地板支承的玻璃输送槽305。在一些实施方式中，具有钟形件定位设备的玻璃管制造设备300在结构上与可将振动传递给玻璃管制造设备300的结构、仪器等分离，所述结构、仪器等例如过道、具有移动的重型仪器(例如叉车)的地板等。在一些实施方式中，与玻璃管制造设备300刚性连接的玻璃熔炉(未示出)也可在结构上与可将振动传递给玻璃管制造设备300的结构、仪器等分离。
钟形件200可具有顶部部分210，其具有顶表面211和侧壁214。侧壁214和底部边缘215限定了钟形件200的内室202。顶部部分210的顶表面211具有外径212。钟形件200可以具有各种形状，包括但不限于基本上是锥形的形状，或者替代性地，基本上是抛物线的形状。因此，应理解的是，钟形件可以是适于使在钟形件的表面上拉制的加热玻璃(即熔融玻璃)的管扩展和变薄的任何形状和/或构造。形成钟形件200的材料在高温下是稳定的，使得钟形件不污染在该钟形件上拉制的加热玻璃。合适的钟形件材料的实例包括但不限于耐火金属及其合金、铂族金属、不锈钢、镍、镍基合金和陶瓷，例如锆石(ZrSiO4)和氧化铝(Al2O3)。仍然参考图1-2，玻璃输送槽305具有底部开口310，其具有底部部分312，所述底部部分312具有内径316。底部部分312具有底部边缘314。顶部部分210的外径212可小于底部开口310的内径316。在顶部部分210与底部开口310之间的空隙CR至少部分决定了在钟形件200上拉制的玻璃管的壁厚度。另外，由于钟形件200是钟形或抛物线形的，因此钟形件200的外径在向下的方向上沿着钟形件200的长度增加。可以调整钟形件200的顶部部分210相对于底部开口310的位置，以使熔融玻璃302从玻璃输送槽305均匀地流动通过底部开口310并流过钟形件200。
如上所述，钟形件200的顶部部分210相对于玻璃输送槽305的底部开口310的移动可导致玻璃管的壁厚度变化。因此，应使钟形件200的不期望的移动源最小化以避免玻璃管尺寸发生不可接受的改变。例如，由于图1的箭头10指示的热膨胀(或收缩)而使各框架支脚122中的一个框架支脚122的长度相比于其他框架支脚122的长度增加或减小可导致支承件110移动，并因此使钟形件200如箭头12指示移动。为了使各框架支脚122之间的尺寸变化最小化，使框架支脚尺寸稳定性设备150与每个框架支脚122结合使用。框架支脚尺寸稳定性设备150在较长的时间内，例如4小时、8小时、24小时或更久的时间内，将每个框架支脚122之间的温度变化保持在每米的各框架支脚122之间的距离(W)的温度变化在6.5℃以内。在一些实施方式中，设定每个框架支脚122的温度并且通过框架支脚尺寸稳定性设备150保持在与设定点温度偏差6.5℃以内。在一些实施方式中，设定点温度是比玻璃管制造设备300所处的环境温度高或低的温度。例如，如果玻璃管制造设备300位于环境温度为20℃的结构、建筑物等中，则设定点温度可以大于环境温度，例如但不限于22℃、25℃、30℃，或者在20-22℃、22-25℃或25-30℃之间的温度，或者甚至是高于30℃的温度。或者，设定点温度可以是小于环境温度的温度，例如但不限于18℃、10℃、0℃，或者甚至是在20-18℃、18-10℃或10-0℃之间的温度，或低于0℃的温度。在一些实施方式中，设定点温度可以等于环境温度。在其他实施方式中，设定点温度是比玻璃管制造设备300所处的最高环境温度更高的温度或是比玻璃管制造设备300所处的最低环境温度更低的温度。例如，如果玻璃管制造设备300位于最高环境温度为35℃的结构、建筑物等中，则设定点温度可以为37℃、40℃，或者在35-37℃或37-40℃之间的温度，或者高于40℃的温度。或者，如果玻璃管制造设备300位于最低环境温度为15℃的结构、建筑物等中，则设定点温度可以为13℃、10℃、0℃，或者在15-13℃、13-10℃、10-0℃之间的温度，或者低于0℃的温度。应理解的是，将每个框架支脚122的温度保持在与设定点温度偏差6.5℃以内使每个框架支脚的温度与周围的环境温度分离。虽然图1示意性地描述了至少一个框架支脚122，但是应理解的是，还考虑了其他实施方式并且它们是可行的。例如，在一个替代性实施方式中(未示出)，框架支脚尺寸稳定性设备150具有一个支承平台130的框架支脚122以及支承定位装置140。在这样的实施方式中，框架支脚尺寸稳定性设备150将沿着框架支脚122宽度(X方向)和厚度(Y方向)的温度变化保持在与设定点温度偏差6.5℃以内，从而使框架支脚122的温度与周围的环境温度分离。
现在参考图1-3，图3例示了框架支脚尺寸稳定性设备150的一个实施方式。框架支脚尺寸稳定性设备150包括在包壳156内的温度控制部件152。也就是说，每个框架支脚122位于包壳156内并且被温度控制部件152包围。在图3所示的实施方式中，温度控制部件152是围绕框架支脚122的长度缠绕的电阻加热丝、加热带等的形式。虽然图3示意性地描述了围绕框架支脚缠绕的电阻加热丝或加热带，但是应理解的是，还考虑了其他实施方式并且它们是可行的。例如，在一个替代性实施方式中(未示出)，温度控制部件152可以包括嵌在硅酮橡胶垫中的加热元件，例如可购自瓦特隆电子制造公司(Watlow ElectricManufacturing Company)的硅酮橡胶加热器。这些橡胶垫可以例如利用硅酮RTV(室温硫化)粘合剂附接于框架支脚。温度控制部件与向温度控制部件152提供电流的电源178电学连接。应理解的是，电流流过温度控制部件152，并且使得例如温度控制部件152进行电阻加热。当加热后，温度控制部件152将能量(热)传递给框架支脚122。温度控制部件152可以与框架支脚122连接，例如通过缠绕、粘合剂、机械固定件等，使得框架支脚122的长度得到均匀加热。在一些实施方式中，在包壳156内可以包括绝缘体154并且帮助保持沿着每个框架支脚122的长度均匀地加热。绝缘体154还使每个框架支脚122与包壳156外的环境条件绝缘。
在一些实施方式中，温度控制器170可以与电源178以及位于包壳156内的一个或多个温度传感器174通信连接。所述一个或多个温度传感器174可以沿着框架支脚122的长度定位，并且可向温度控制器170提供温度信号，例如与温度传感器感测到的温度成正比的电压。在一些实施方式中，温度传感器可以为，例如，固定于框架支脚或紧邻框架支脚定位的双K型表面安装热电偶。然而，应理解的是，还考虑了其他类型的温度传感器并且它们是可行的。一个或多个温度传感器174可以与框架支脚122直接接触或者在绝缘体154内与框架支脚122间隔开。温度控制器170可从所述一个或多个温度传感器174接收温度信号，并且对温度传感器174沿着框架支脚122定位的位置提供温度读数及提供框架支脚122的平均温度。基于这些温度读数，温度控制器170可将指令传输给电源178以增加、减少或保持提供给温度控制部件152并流过温度控制部件152的电流。电源178可接收指令，并且作为响应，增加、减少或保持提供给温度控制部件152并流过温度控制部件152的电流。从温度控制器170到电源178的指令，以及电源178的响应确立了框架支脚122在较长的时间内(例如4小时、8小时、24小时或更久)的温度变化并将该温度变化保持在6.5℃以内。
在一些实施方式中，温度控制器170可将每个框架支脚122之间的温度变化保持在每米的各框架支脚122之间的距离的温度变化在6.5℃以内。例如，温度控制器170可从所述一个或多个温度传感器174中接收温度信号，所述一个或多个温度传感器174与每个框架支脚122直接接触或者利用绝缘体154与每个框架支脚122间隔开。基于这些温度读数，温度控制器170可将指令传输给电源178(或不止一个电源——未示出)以增加、减少或保持提供给与一个或多个框架支脚122连接的一个或多个温度控制部件152并流过所述一个或多个温度控制部件152的电流。电源178可接收指令，并且作为响应，增加、减少或保持提供给一个或多个温度控制部件152并流过所述一个或多个温度控制部件152的电流。从温度控制器170到电源178的指令，以及电源178的响应确立并保持了各框架支脚122的平均温度，并且将每个框架支脚122之间的温度变化保持在每米的各框架支脚122之间的距离的温度变化在6.5℃以内。
在一些实施方式中，温度控制部件152可以为沿着框架支脚122的长度定位的多个温度控制部件152。框架支脚122的长度可被分成不同的区，其中每个区具有其自己的温度控制部件152(未示出)。每个温度控制部件152可以独立地配备来自电源178的电流。每个区可具有其自己的温度传感器174，并且温度控制器170可以向电源178提供指令以增加、减少或保持提供给具体区内的具体的温度控制部件152的电流。电源178可接收指令，并且作为响应，增加、减少或保持提供给具体区内的温度控制部件152并流过该温度控制部件152的电流。虽然图3的温度控制部件152在本文中被描述成电阻加热丝、加热带等，但应理解的是，温度控制部件152可以为使框架支脚122的长度冷却的冷却部件(例如围绕框架支脚122的长度缠绕的冷却剂管路，冷却流体从中流过)，使得在较长的时间内，例如4小时、8小时、24小时或更长的时间内，将每米的各框架支脚之间的距离的温度变化保持在6.5℃以内。
现在参考图1-4，图4示出了框架支脚尺寸稳定性设备150的另一个实施方式。在图4所示的实施方式中，框架支脚尺寸稳定性设备150包括温度控制部件，该温度控制部件为其中定位有框架支脚122的包壳156内的液体158的形式。更具体来说，每个框架支脚122位于单独的包壳156内并且被液体158包围。也就是说，每个框架支脚122浸没在液体158中。合适的液体包括但不限于水、油或二醇。在一些实施方式中，加热元件176也位于液体158中并且与电源178电学连接。电源向加热元件176提供电流。应理解的是，电流流过加热元件176，并且使得加热元件176进行电阻加热。加热元件176将能量(热)传递给液体158，进而将热传递给框架支脚122。搅拌装置179可以位于液体158内以搅拌液体158并确保液体158在整个包壳156中的温度均匀。虽然图4示意性地描述了在包壳156内的被液体158围绕的每个框架支脚122，但是应理解的是，还考虑了其他实施方式并且它们是可行的。例如，在一个替代性实施方式中(未示出)，框架支脚122是中空的并且液体158和加热元件176被包括在中空的框架支脚122内。在另一个实施方式中，可以例如利用泵或其他设备将液体158引导通过中空的框架支脚122，并且加热元件176可以在框架支脚122的外部。
仍然参考图4，温度控制器170可以与电源178以及与包壳156内的一个或多个温度传感器174通信连接。所述一个或多个温度传感器174可以沿着框架支脚122的长度定位。在一些实施方式中，温度传感器可以为，例如，固定于框架支脚或紧邻框架支脚定位的双K型表面安装热电偶。然而，应理解的是，还考虑了其他类型的温度传感器并且它们是可行的。一个或多个温度传感器174可以与框架支脚122直接接触或者在液体158中与框架支脚122间隔开。温度控制器170可以接收来自所述一个或多个温度传感器174的温度信号。当接收到温度信号后，温度控制器170可将指令传输给电源178以增加、减少或保持提供给加热元件176并流过加热元件176的电流。电源178可接收指令，并且作为响应，增加、减少或保持提供给加热元件176并流过加热元件176的电流。从温度控制器170到电源178的指令，以及电源178的响应使液体158在整个包壳156中形成并保持均匀的温度，并且在较长的时间内，例如4小时、8小时、24小时或更久，将每米的各框架支脚之间的距离的温度变化保持在6.5℃以内。应理解的是，除了加热元件176，包壳156还可包括冷却元件，例如在液体158中的冷却剂管路，其使液体158冷却并因此使框架支脚122的长度冷却，从而在较长的时间内，例如4小时、8小时、24小时或更久，将每米的各框架支脚之间的距离的温度变化保持在6.5℃以内。还应理解的是，加热元件176可以为气体加热元件，其利用电源178提供的燃烧气体产物来加热，所述电源178为气体加热器。
现在参考图1-5，图5示出了框架支脚尺寸稳定性设备150的另一个实施方式。在该实施方式中，框架支脚尺寸稳定性设备150包括空气流动装置151(例如风扇等)，其将空气引导通过框架支脚122。如图5所示，框架支脚122不在包壳内。然而，在一个替代性实施方式中，框架支脚122可定位在包壳内，并且空气流动装置151可将空气引导到包壳中，例如利用导管等来引导，并且引导空气穿过或沿着框架支脚122。引导穿过或沿着框架支脚122的空气可以是由温度控制部件152加热或冷却的，也就是说，当空气流过温度控制部件152时，其可以是经过加热或冷却的。一个或多个温度传感器可以与每个框架支脚122直接接触，并且温度控制器170可接收来自所述一个或多个温度传感器174中的每个温度传感器174的信号。基于这些温度读数，温度控制器170可将指令传输给电源178以增加、减少或保持提供给温度控制部件152并流过温度控制部件152的电流。电源178可接收指令，并且作为响应，增加、减少或保持提供给温度控制部件152并流过温度控制部件152的电流。温度控制部件152响应于电源178提供的电流而对空气进行加热或冷却。从温度控制器170到电源178的指令，以及电源178的响应确立并保持了在较长的时间内(例如4小时、8小时、24小时或更久)，每米的各框架支脚之间的距离的温度变化在6.5℃以内。再次参考图1-3，在操作时，玻璃管制造设备300制造了侧壁尺寸变化减小的玻璃管。最初使用支承件定位装置140将钟形件200的顶部部分210定位在玻璃输送槽305的底部开口310内，其中在钟形件200的侧壁214与玻璃输送槽305的底部开口310之间具有空隙CR。将熔融玻璃302输送给玻璃输送槽305并使熔融玻璃302均匀地流动通过底部开口310并在钟形件200上流动，从而形成玻璃管304。利用一个或多个温度传感器174以及温度控制器170来监测沿着每个框架支脚122的温度。响应于从所述一个或多个温度传感器174接收到的温度信号，温度控制器170将指令传输给电源178，以增加、减少或保持提供给与每个框架支脚122相关的一个或多个温度控制部件152并流过所述一个或多个温度控制部件152的电流。电源178接收指令，并且作为响应，增加、减少或保持提供给一个或多个温度控制部件152并流过所述一个或多个温度控制部件152的电流。从温度控制器170到电源178的指令，以及电源178的响应确立并保持了温度变化，并在较长的时间内，例如4小时、8小时、24小时或更久，将每米的各框架支脚之间的距离的温度变化保持在6.5℃以内。保持每个框架支脚122之间的温度变化限制了在玻璃管304的成形期间，钟形件200由于框架支脚122之间的温度变化而导致的在底部开口310内的移动。也就是说，沿着每个框架支脚122的长度保持温度变化使得在玻璃管成形期间框架支脚122的热膨胀和/或收缩最小化，并且在玻璃管304的成形期间使钟形件200稳定并精确地定位在玻璃输送槽305的底部开口310内。在一些实施方式中，通过控制框架支脚122的温度，将钟形件在底部开口内的移动限制到小于100微米，优选小于50微米，更优选小于25微米。
虽然图1和3-5示意性地描述了对框架支脚122进行温度控制以使钟形件200的移动最小化，但是应理解的是，还考虑了其他实施方式并且它们是可行的。例如，在替代性实施方式中(未示出)，可改变框架120的几何形状以使钟形件200的移动最小化。在一些实施方式中，使各框架支脚122之间的距离增加和/或使各框架支脚的长度减小。例如，将各框架支脚122之间的距离W加倍或将框架支脚122的长度L减小一半而使钟形件200的移动减少一半。
实施例
通过以下实施例进一步阐述本文所述的实施方式。
实施例1
现在参考图9，该图模拟了不具有框架支脚尺寸稳定性设备150的玻璃管制造设备300的简化图，以计算由于左边的框架支脚122相对于右边的框架支脚122热膨胀而发生的钟形件200的移动，该移动进而影响由玻璃管制造设备300形成的玻璃管的偏壁度。模拟的参数包括由热膨胀系数为11.7x 10-6m/℃的钢材制造的框架支脚122，并且该框架支脚122长度(L)为从基底190(未示出)到支承件定位装置140所处的平台130的顶部，该长度(L)为1.95m。钟形件200的中心与每个框架支脚122之间的距离(X方向)为0.27m，并且两个框架支脚122之间的总距离(W)为0.54m。支承件定位装置140所处的平台130的顶部与钟形件200的底部边缘215之间的距离(h)为1.36米。左边的框架支脚122与右边的框架支脚122之间的温度变化(ΔT)在4小时的时间内为3.6℃。ΔT导致左边的框架支脚122在+Z方向上的膨胀(增大)(ΔL)相对于右边的框架支脚122为82.2微米，并且左边的框架支脚122膨胀82.2微米导致钟形件200的位移(钟形件δ)为206.3微米。
经分析，钟形件200的位移可以通过以下关系来描述
钟形件δ＝(ΔT*L*CTEL)*h/W (1)
其中钟形件δ是钟形件200的位移，ΔT是在给定时间内各框架支脚122之间的温度差，L是从基底190到支承件定位装置140所处的平台130顶部的框架支脚122的长度，CTEL是框架支脚122的热膨胀系数，h是从支承件定位装置140所处的平台130顶部到钟形件200的底部边缘215的支承件110的长度，并且W是各框架支脚122之间的距离。如关系(1)所示，在给定的时间内，钟形件200的移动与各框架支脚122之间的温度差(ΔT)之间存在线性关系。考虑关系(1)，如果各框架支脚之间的温度变化在每米的各框架支脚122之间的距离内保持在6.5℃以内(即，ΔT/W小于或等于1℃/m)，则钟形件200的位移下降到57.3微米(μm)。在本文所述的实施方式中，为了使偏壁度损失最小，在4小时的时间内，使用框架支脚尺寸稳定性设备将钟形件位移控制到小于或等于100μm，或者甚至是小于或等于200μm。在一些实施方式中，在4小时的时间内，使用框架支脚尺寸稳定性设备将钟形件位移控制到小于或等于75μm，或者甚至是小于或等于50μm。在其他一些实施方式中，在4小时的时间内，使用框架支脚尺寸稳定性设备将钟形件位移控制到小于或等于25μm。
如上所述，在一些实施方式中，玻璃管制造设备包括至少一个框架支脚。在所述至少一个框架支脚为一个框架支脚的实施方式中(例如当玻璃管制造设备的平台从所述至少一个框架支脚悬臂伸出时)，温度差(ΔT)是框架支脚宽度上的温度变化。另外，应理解，框架支脚可以包括其他结构元件，例如支架、角板、托架等，其可以将平台与框架支脚连接。应理解，在确定钟形件的位移时，应将这些结构元件的热膨胀系数考虑进去。
实施例2
现在参考图8，该图示出了对于玻璃管制造设备300来说，偏壁度随着时间而相对于框架支脚122偏离设定点(SP)的温度变化(ΔT)的实验数据。具体来说，在约3.25小时时间的玻璃管制造运行期间，框架支脚122的平均温度在设定点之上和之下周期性地变化。从设定点开始的温度变化表示在左边的Y轴上，玻璃制造运行期间产生的玻璃管的偏壁度表示在右边的Y轴上。时间以小时为单位表示在X轴上。如图8所示，偏壁度的量跟随框架支脚122的平均温度的变化，并且证实了保持每个框架支脚122之间的温度变化与钟形件200的位移之间的关系。也就是说，随着温度差异ΔT增大，由玻璃管制造设备生产的玻璃管的偏壁度也增大。
除了利用本文所述的设备形成玻璃管的各个特性，本文所述的设备也是经济的并且易于组合。例如，本文所述的设备可适用于现有的钟形件定位设备而无需改变现有的设备。
对本领域技术人员显而易见的是，在不偏离所述精神和范围的情况下可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本文所述的实施方式旨在覆盖任何修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求书及其等同内容的范围之内。
Claims (22)
1.一种用于玻璃管制造设备的钟形件定位设备，其包括：
钟形件，其被构造用于使玻璃管在其上进行拉制；
与钟形件连接的支承件；
框架，其具有至少一个框架支脚、由所述至少一个框架支脚支承的平台和与所述平台和所述支承件附接的支承臂，所述支承臂被构造用于以至少两个自由度移动所述支承件；
框架支脚尺寸稳定性设备，其操作性地与所述至少一个框架支脚连接，所述至少一个框架支脚包括被构造用于加热以维持所述至少一个框架支脚中的温度的温度控制部件，并且所述框架支脚尺寸稳定性设备被构造用于将钟形件的偏移δ在4小时的时间内保持在小于200微米，其中：
δ = (∆T*L*CTEL)*h/W；
当所述至少一个框架支脚为单个框架支脚时，∆T是在4小时的时间内在所述至少一个框架支脚的宽度上的温度变化，或者当所述至少一个框架支脚是多于一个框架支脚时，∆T是在4小时的时间内在各框架支脚之间的温度变化；
L是所述至少一个框架支脚的长度；
CTEL是所述至少一个框架支脚的热膨胀系数；
h是从平台的顶部到钟形件的底部边缘的支承件长度；以及
当所述至少一个框架支脚为单个框架支脚时，W是所述至少一个框架支脚的宽度，或者当所述至少一个框架支脚是多于一个框架支脚时，W是所述至少一个框架支脚中的各框架支脚之间的距离。
2.如权利要求1所述的钟形件定位设备，其中，所述框架支脚尺寸稳定性设备被构造用于当所述至少一个框架支脚为单个框架支脚时，将所述至少一个框架支脚的每米的宽度的温度变化在4小时的时间内保持在6.5°C以内。
3.如权利要求1所述的钟形件定位设备，其中，所述框架支脚尺寸稳定性设备被构造用于当所述至少一个框架支脚是多于一个框架支脚时，将各框架支脚之间的温度变化在4小时的时间内保持在每米的各框架支脚之间的距离的温度变化在6.5°C以内。
4.如权利要求1所述的钟形件定位设备，其中，温度控制部件选自下组：
加热垫；
电阻加热丝；
加热带；
引导穿过每个框架支脚的加热流体；
在每个框架支脚内的加热流体；以及
每个框架支脚浸没在其中的加热流体。
5.如权利要求4所述的钟形件定位设备，其中，所述温度控制部件是附接于每个框架支脚的加热垫，并且还包括包壳，所述包壳包围温度控制部件并且在玻璃管制造期间使每个框架支脚和温度控制部件与环境温度隔绝。
6.如权利要求5所述的钟形件定位设备，其还包括在包壳内的绝缘体。
7.如权利要求6所述的钟形件定位设备，其中，框架支脚尺寸稳定性设备包括至少一个温度传感器、温度控制器和电源，所述至少一个温度传感器与温度控制器通信连接，电源与温度控制部件通信连接，并且温度控制器与电源通信连接，其中，温度控制器接收来自所述至少一个温度传感器的温度信号，并且向电源提供指令以增加、减少或保持提供给温度控制部件的电流。
8.如权利要求4所述的钟形件定位设备，其中，温度控制部件是每个框架支脚浸没在其中的加热液体。
9.如权利要求8所述的钟形件定位设备，其还包括在加热液体中的加热元件。
10.如权利要求9所述的钟形件定位设备，其中，框架支脚尺寸稳定性设备包括至少一个温度传感器、温度控制器和电源，所述至少一个温度传感器与温度控制器通信连接，电源与温度控制部件通信连接，并且温度控制器与电源通信连接，其中，温度控制器接收来自所述至少一个温度传感器的温度信号，并且向电源提供指令以增加、减少或保持提供给加热元件的电流。
11.一种玻璃管制造设备，其包括：
具有熔融玻璃的玻璃输送槽，所述玻璃输送槽具有底部开口，所述底部开口具有内径；
具有上部部分的钟形件，所述上部部分具有外径，其中，在底部开口的内径与钟形件的外径之间存在空隙；
与钟形件连接的支承件，所述支承件向上延伸通过玻璃输送槽到达钟形件定位设备，所述钟形件定位设备包括：
框架，所述框架具有至少一个框架支脚、平台和支承臂，所述平台附接于所述框架，所述支承臂附接于所述平台，并且所述支承件附接于所述支承臂，所述钟形件定位设备被构造用于使钟形件相对于玻璃输送槽的底部开口移动和定位；以及
框架支脚尺寸稳定性设备，其包括：
温度控制部件，其选自下组：与所述至少一个框架支脚附接的加热垫；围绕所述至少一个框架支脚的长度缠绕的电阻加热丝，围绕所述至少一个框架支脚的长度缠绕的加热带；引导穿过所述至少一个框架支脚的加热流体；在所述至少一个框架支脚内的加热流体；以及所述至少一个框架支脚浸没在其中的加热液体；
沿着所述至少一个框架支脚的长度定位的一个或多个温度传感器；以及
与所述一个或多个温度传感器通信连接的温度控制器；以及
能够操作性地加热温度控制部件的电源；
其中，所述一个或多个温度传感器、温度控制器和电源被构造用于：
当所述至少一个框架支脚是单个框架支脚时，将每米的所述至少一个框架支脚的宽度或厚度的温度变化在至少4小时的时间内保持在6.5°C以内；或者
当所述至少一个框架支脚是多于一个框架支脚时，将所述至少一个框架支脚中的各框架支脚之间的温度变化在至少4小时的时间内保持在每米的各框架支脚之间的距离的温度变化在6.5°C以内。
12.如权利要求11所述的玻璃管制造设备，其中，所述温度控制部件是附接于所述至少一个框架支脚的加热垫，并且还包括包壳，所述包壳包围温度控制部件并且在玻璃管制造期间使所述至少一个框架支脚和温度控制部件与环境温度隔绝。
13.如权利要求12所述的玻璃管制造设备，其还包括在包壳内的绝缘体。
14.如权利要求11所述的玻璃管制造设备，其中，温度控制器接收来自所述一个或多个温度传感器的温度信号，并且向电源提供指令以增加、减少或保持提供给温度控制部件的电流。
15.如权利要求11所述的玻璃管制造设备，其中，温度控制部件是所述至少一个框架支脚浸没在其中的加热流体。
16.如权利要求15所述的玻璃管制造设备，其还包括在加热流体中的加热元件。
17.如权利要求16所述的玻璃管制造设备，其中，温度控制器接收来自所述一个或多个温度传感器的温度信号，并且向电源提供指令以增加、减少或保持提供给加热元件的电流。
18.一种制造玻璃管的方法，所述方法包括：
在玻璃输送槽中熔化玻璃组合物以及形成熔融玻璃，所述玻璃输送槽具有底部开口，所述底部开口具有内径；
在钟形件周围拉制熔融玻璃，从而形成玻璃管，所述钟形件具有具备外径的上部部分，玻璃管在底部开口的内径与钟形件的外径之间的空间中成形；
使用与钟形件连接的支承件使钟形件相对于玻璃输送槽的底部开口进行定位，所述支承件向上延伸通过玻璃输送槽到达钟形件定位设备，所述钟形件定位设备包括：
框架，所述框架具有至少一个框架支脚、平台和支承臂，所述平台附接于所述至少一个框架支脚，所述支承臂附接于所述平台和所述支承件，所述钟形件定位设备被构造用于使钟形件的上部部分相对于玻璃输送槽的底部开口移动和定位；以及
框架支脚尺寸稳定性设备，其操作性地连接到所述至少一个框架支脚，所述至少一个框架支脚包括温度控制部件，所述框架支脚尺寸稳定性设备被构造用于加热，以：
当所述至少一个框架支脚是单个框架支脚时，将每米的所述至少一个框架支脚的宽度或厚度的温度变化在至少4小时的时间内保持在6.5°C以内；或者
当所述至少一个框架支脚是多于一个框架支脚时，将所述至少一个框架支脚中的各框架支脚之间的温度变化在至少4小时的时间内保持在每米的各框架支脚之间的距离的温度变化在6.5°C以内。
19.如权利要求18所述的方法，其还包括使温度控制部件附接于每个框架支脚并且增加或减少到达温度控制部件的电流以：
当所述至少一个框架支脚是单个框架支脚时，将每米的所述至少一个框架支脚的宽度或厚度的温度变化在至少4小时的时间内保持在6.5°C以内；或者
当所述至少一个框架支脚是多于一个框架支脚时，将各框架支脚之间的温度变化在至少4小时的时间内保持在每米的各框架支脚之间的距离的温度变化在6.5°C以内。
20.如权利要求19所述的方法，其还包括沿着每个框架支脚的长度定位的一个或多个温度传感器，与所述一个或多个温度传感器通信连接的温度控制器，以及与温度控制部件和温度控制器通信连接的电源，其中，温度控制器接收来自所述一个或多个温度传感器的温度信号，并且向电源提供指令以增加、减少或保持提供给温度控制部件的电流。
21.如权利要求19所述的方法，其中，温度控制部件是加热液体浴，所述加热液体浴：
当所述至少一个框架支脚是单个框架支脚时，将每米的所述至少一个框架支脚的宽度或厚度的温度变化在至少4小时的时间内保持在6.5°C以内；或者
当所述至少一个框架支脚是多于一个框架支脚时，将各框架支脚之间的温度变化在至少4小时的时间内保持在每米的各框架支脚之间的距离的温度变化在6.5°C以内。
22.如权利要求21所述的方法，其还包括在每个液体浴中的加热元件，沿着加热液体浴中的每个框架支脚的长度定位的一个或多个温度传感器，与所述一个或多个温度传感器通信连接的温度控制器，以及与加热元件和温度控制器通信连接的电源，其中，温度控制器接收来自所述一个或多个温度传感器的温度信号，并且向电源提供指令以增加、减少或保持提供给加热元件的电流。
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