CN1867520B - 用于制造管材的装置和方法 - Google Patents

Abstract

为了提供制造具有不变的产品特性的玻璃管材的可能性，并且能够实现稳定的生产，本发明提出一种用于通过将至少一种可时效硬化的液体(35)从一喷嘴中沿一拉延方向(4)拉延来制造管材装置，包括至少一个可以在喷嘴中设置成其向拉延方向(4)从喷嘴中突出的排挤体(25)。此外本发明提供一种用以制造管材的方法，包括准备一可时效硬化的液体(35)和通过从一喷嘴中沿拉延方向(4)的拉延来制造一线材(3)的步骤，其中特别通过至少一个排挤体(25)在喷嘴中设置成使其向拉延方向从喷嘴中突出。因此实现使玻璃以符合要求的生产量在高于反玻璃化温度之温度下通过由喷嘴和排挤体构成的环形缝隙流出，在排挤体的下部的外表面上和/或内表面上向下流时冷却并且在排挤体的末端具有足够高的粘度，以便在符合要求的生产量下可以稳定地拉延，而没有因自重比其按拉延速度更快地流走。

Description

用于制造管材的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过从一喷嘴中拉延一可时效硬化的液体、尤其是熔体来制造总体来说为线材(Strang)和具体来说为管材的装置和方法。 

背景技术

特别为了制造棒材或管材由可时效硬化的液体制造线材。在由可时效硬化的液体制造例如管材时，特别在制造玻璃管材时，根据应用情况取决于高的产品质量。重要的质量要求涉及管材的壁厚的保持和外径的保持。此外另一重要的质量参数是沿管材的轴向和径向的方向的不变的材料特性。此外，表面质量是决定性的。符合要求的是，得到一火抛光的(feuerpoliert)表面而没有可见的痕迹。 

玻璃是一种过冷却的液体，其处于一非晶形的热力学亚稳定的状态。在一定的情况下任何玻璃差不多转变成相应的热力学稳定的结晶的形状。向结晶的形状的转变在关于玻璃方面也称为反玻璃化。 

然而玻璃结晶化的倾向从玻璃到玻璃之间差别很大并随其化学组分而改变。通过组分的改变可以影响结晶化的倾向。同时借此还影响玻璃的其余特性，其常常由玻璃的使用目的决定。因此对于具有预定的物理特性特征(Eigenschaftsprofil)的玻璃常常不可能达到较高的抗结晶化的稳定性。 

可以用不同的方法确定反玻璃化倾向。通常使玻璃样品与重要的成型材料相接触并且在各种不同的温度下不同长时间地时效。随后检验在什么时间-温度条件下形成晶体并测量其尺寸。 

通常关于结晶化方面，此后区别在样品中哪些位置形成晶体。在玻璃样品的内部的体积结晶化(Volumenkristallisation)比在样品表面的结晶化明显滞后地出现。首先结晶化一般发生在样品边缘与支承 

高于一确定的温度，其称为上反玻璃化极限(OEG)或液相温度，即使在较长时间的时效下也不形成晶体。因此该温度相当于这样的温度，即其在玻璃加工中是重要的，以便决断在确定的过程中是否需要考虑结晶化的问题。 

在包括较多组分的玻璃的情况下根据在样品中出现的晶体相和发生位置常常存在不同的反玻璃化极限。于是为了评价应该考虑总是对过程重要的反玻璃化极限。这在以拉延法制造玻璃的情况下，一般是在三相边界处的结晶化。 

制造玻璃棒材的已知方法可以分为铸造法和拉延法，在铸造法中将液态的玻璃浇注于封闭的或下面开口的铸模中，而在拉延法中将玻璃在成型过程中没有与固体模具接触下冷却。这些方法可以间断地或连续地操作。 

对铸造法共同的是，在高温和低粘度下加工玻璃。借此也可以成形这样的玻璃，即其倾向于结晶化并从而在成型过程中在较低温度时不允许较长的停留时间。这种方法例如描述于DD 154 359中。 

对于小产量一般采用间断的方法，其中用玻璃填充封闭的模具。随后将模具与玻璃一起冷却，直到玻璃凝固并可由模具中取出为止。通过将模具构成为下面开口的、一般冷却的硬模，该方法也可以连续地利用。将玻璃以液态注入硬模中，在硬模内凝固并在下面作为连续的线材拉延，并被分开成各个棒材。 

该方法的优点是，玻璃可以在很低的粘度下浇铸，因为玻璃棒材的形状在凝固过程中由铸模形成。因此玻璃的自身稳定性在成型的过程中是不必需的。该低的成型粘度也能够加工在较高粘度时的缓慢冷却过程中倾向于结晶化的玻璃。 

该方法的一个缺点是，一般很有限的生产量。由于在较高的温度下将玻璃注入模具中并且在低温下凝固以后才可取出，必须从玻璃中提取大量的热量，这即使在模具强烈的冷却下只有在较缓慢的过程中 才是可能的。并且不允许过快地进行冷却，因为否则棒材或已经在模具内或由于高的热应力在离开模具以后断裂。 

由于在冷却过程中玻璃与模具直接接触而出现另一缺点。由于低的成型粘度在模具内的甚至最小的构造都被产生在棒材表面上，从而模具的表面构造传到棒材上。另外由于强的冷却在表面上形成独特的波形构造。 

按这种方式获得光亮的(feuerblank)表面是不可能的。因此棒材在制造状态下例如直接用作为光学部件的半成品是不可能的。为了棒材的精加工，通过磨削和抛光产生高的耗费和用于精加工和材料废料的高成本。 

除成型的方法外还存在其他的方法，其中棒材没有模具自由地，亦即不与一模具接触地，由一喷嘴中拉延成一线材的形状。 

该方法的先决条件是，玻璃可以在没有结晶化时冷却到一温度，其大致相当于10⁶dPas的粘度。即使在较长的生产持续时间时也不允许玻璃在该温度范围内倾向于形成晶体。 

对于结晶化的一特别危险的区域是在喷嘴下面上的三相边界，在该处液态玻璃、喷嘴材料和周围大气相互邻接。在该区域内有利于形成晶体，因为在那里减少了晶体形成焓(Kristallbildungsenthalpie)。 

与铸造时的粘度相比在拉延时较高的玻璃粘度是必需的，借此抵抗在“拉延球”中的扩展流(Dehnstrmung)的高阻力阻止玻璃在其自重下过快地流走。该拉延球是线材的直接接着沿流动方向最后与固体材料亦即尤其与喷嘴或排挤体接触的区域。在此可以构成线材横截面沿拉延方向的缩小。 

如果玻璃在其自重下倾向于比拉延速度更快地流走，则拉延过程是不稳定的。于是不可能拉延出足够直的棒材，或者甚至可能导致拉延球的断开。 

该自由的拉延方法的优点是，借此可以制造具有光亮的表面的棒材，其可以不要精加工地作为半成品例如用于光学构件或光导纤维。 

此外，该方法的生产量常常能够超过成型方法的两倍并从而明显 有利于制造成本。这样的喷嘴拉延方法很久以来是已知的，并且例如描述于Günther N

lle发表的出版物“Technik der Glasherstellung(玻璃制造技术)”，ISBN 3-342-00539-4，第135页以后。 

除利用简单的排出喷嘴的方法外还存在一些方法，其中在排出喷嘴内设置一排挤体。这对应于vello方法，其可用于管材制造和棒材制造。 

中心的排挤体，通常将其插入与喷嘴的下边缘齐平，提高喷嘴中的流动阻力并且能实现较大的拉延比例，这对拉延过程的稳定性产生有利的影响。因此在喷嘴和排挤体的下边缘上的稍高的温度成为可能。 

但自由的拉延法的可应用性限于这样的玻璃，其在需要的温度-粘度范围内即使经过较长的时间也不倾向于反玻璃化和形成晶体。对此考虑用于该成型法的玻璃的选择是很有限的。在一系列正好仍可用该方法制造的玻璃中，在一点时间以后出现结晶，从而必须中断生产，以便在较高的温度重新无结晶地得到成型系统。这导致经常出现的生产停顿时间和生产损失。 

对于玻璃成型的其他领域例如在DE 100 64 977中描述了用于制造具有高的表面质量的平板玻璃的方法。DE 100 64 977中描述的方法的目的是，能够消除对理想的表面外形的偏差。 

为了达到平板玻璃的高的平面度，将玻璃在制造过程中在一小的粘度下保持尽可能长的时间，以便由于表面张力可以消除对理想的表面外形的偏差。这在那里插入的排挤体的表面上向下流时实现。相应地玻璃在排挤体上应该尽可能地不冷却，以便保持小的粘度。 

在排挤体末端的下方发生极快的冷却，借此可以稳定地拉延玻璃带。但该迅速的冷却只在DE 100 64 977中描述的3mm以下的薄的玻璃带厚度的情况下才是可能的，其中只有很少的玻璃量位于拉延球的区域内。 

在玻璃棒材或管材的情况下，棒材的直径超过15mm，通常甚至超过25mm，或管材的壁厚超过5mm，玻璃的这种迅速的冷却直接在拉延球的下方是不可能的。 

在近期新开发的具有与日俱增的要求的玻璃中增加了易结晶化危险。同时要求也可以“自由地”拉延这些玻璃，以便得到高的生产量和具有良好表面特性的棒材或管材。 

为了制造玻璃管材已知所谓的向下拉延方法(Down-Draw-Verfahren)和Vello方法。Vello方法是一种用于玻璃管材的专门的垂直拉延法，其中从一环形喷嘴中向下拉延一熔体并然后转入水平面内。借此形成一由液态玻璃构成的管材，其在该方法的继续进行中时效硬化。 

通常将玻璃熔体经由一给料槽供给喷嘴。在该给料槽中在底面设有一包括环形喷嘴的圆柱形开口，借此可经由一垂直圆锥流出玻璃熔体。该垂直圆锥可以特别在高度上是可调的并且向下成漏斗形扩大地构成。 

该圆锥是空心的并且用一延长管连接于一所谓的吹风源。通过吹风，该吹风被引入到在环形喷嘴上由液态玻璃形成的管材的内部，来调整要求的外径-壁厚比例。然后向下在一温度受调节的竖井中拉延该管材。接着管材可以是自由下垂地或借助于一导向装置转入水平面内并且由一拉延机继续拉延。 

向下拉延方法与Vello方法的区别在于，并不将管材转入水平面内，而是直接垂直向下拉延。 

在所述的方法中用于制造管材的成型模具主要包括一圆形的喷嘴，在其中在相当大程度上同心地插入一圆柱形的或圆锥形的销。由销与喷嘴边缘之间的环形缝隙垂直向下流出玻璃熔体，从而在销的下方形成一空心的玻璃线材。它受控地冷却并最后在不大的距离处由一拉延机的喷嘴作为管材连续拉延。 

按这种方式制造的管材的外径和壁厚可以通过玻璃通过量、拉延速度和销在喷嘴中的位置的调整来调整。通过在管材内部与管材周围之间产生一压力差可以明显加大可达到的外径和壁厚的范围。 

但所述方法具有缺点，粘性的玻璃线材在低的粘度时在其自重下倾向于比其由拉延机拉延时更快地流走，因此在玻璃线材的几何形状 上形成不可接受的波动。 

这意味着，该已知的方法具有如下缺点，即在一确定的玻璃粘度以下不能可靠地保持要求的高的产品质量。因此阻碍一尽可能精确的管材几何形状的稳定生产。 

一可能的应对措施是提高拉延速度。不过这样的措施由于质量守恒受到限制，即同样还必须提高玻璃通过量，以便保持管材几何形状不变。但由于前面的或后继的玻璃的熔化、提纯、均质化或冷却与切割的过程步骤，玻璃通过量是受限制的。 

除提高拉延速度外还可通过在较低的温度下，亦即在较高的玻璃粘度下的拉延来缩小在玻璃管材在其自重下的流走与拉延速度之间的速度差。但如果明显地降低温度，则可能导致在玻璃熔体中形成晶体。由于形成晶体极不利地影响玻璃管材的均质性，特别是关于产品特性方面。其中特别是在玻璃、空气和喷嘴或销材料之间的三相边界是危险的。 

此外在通过按上述方式拉延来制造玻璃管材的过程中，在从喷嘴拉延时可能在玻璃熔体的自由表面上形成小的波纹。如果通过温度的降低提高玻璃粘度，则明显缓慢地消除在自由的管材表面上的这些小波纹。这意味着，通过在较低的温度下，亦即在较高的玻璃粘度下的拉延，除形成晶体外还必须忍受玻璃管材的明显变差的表面质量和壁厚恒定性。 

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种方法，借此可将在通用的自由棒材拉延或管材拉延的温度/粘度范围内倾向于形成晶体的可时效硬化液体特别是玻璃低成本地经由较长时间而没有因结晶引起生产中断地连续制成为具有光亮表面的棒材或管材。 

由上述各情况因此得出本发明的任务，提供一种装置和方法，借此由粘性的可时效硬化的液体可以稳定地制造一线材，并且该线材具有精确的几何形状和高的表面质量。 

用术语“线材”称呼这样的物体，其在基本上任何横截面的情况下 可以按与该横截面尺寸相比沿垂直于该横截面的方向的很大的延伸长度进行制造并且可以由一可时效硬化的液体制成。该材料可以已经是固体的，但也可以是部分时效硬化的或仍然是液态的。 

特别是由该线材可以制成至少一个棒材。该线材可以是空心的，从而由该线材可以制成至少一个管材。多个管材或棒材可以作为线材的部段进行制造。 

用术语“管材”或“棒材”称呼这样的物体，其在一垂直于其纵轴线的平面内具有圆形的、卵形的、椭圆形的或多边形的横截面。 

本发明的另一任务是，可以自由选择生产参数和操作参数并同时对预定的通过量基本上没有影响，从而以后作为独立的参数提供通过量。 

为此特别应该在相当大程度上排除粘性液体中、特别是玻璃熔体中的晶体形成。为此本发明的一任务是，在形成线材的过程中有助于消除不规则性、特别是消除在玻璃熔体的自由表面上的小波纹。 

按照本发明的方案对此首次提供一种用于通过将可时效硬化的液体、特别是熔体从一喷嘴向一拉延方向拉延来制造管材的装置，其具有至少一个排挤体，该排挤体在喷嘴中可以设置成使其从喷嘴中向拉延方向突出，该排挤体包括一相对于围绕的可时效硬化的液体敞开的空心体，该空心体在喷嘴中设置在外壳与销之间，其中空心体从喷嘴中突出，排挤体沿轴向方向从喷嘴中突出排挤体的横截面的最短尺寸的至少一半。排挤体在这里一方面用于提高喷嘴中的流动阻力而另一方面用于稳定流动方向和控制地冷却离开喷嘴后的材料。 

本发明人已认识到，尽可能精确的管材几何形状的稳定生产已经可以以意外的方式这样确保，即自由的玻璃线材从排挤体的末端直到拉延机都处于拉应力下。该拉应力必须沿线材的整个长度都可以稳定地保持。 

基本上由于因拉延的拉力与作用在线材上的重力的差值产生线材内的拉应力。通过相对于拉延球中的扩展流的粘性阻力传递拉力。在本发明的方案中通过在排挤体上或围绕排挤体的流动的过程中受控制 的冷却可以调整出为达到一足够的粘性阻力所需要的拉延球中的低的玻璃温度。 

利用所述包括排挤体的装置，有利地提供一种拉延工具，其设计成使基本上在全部的形成在可时效硬化液体、喷嘴材料和周围气体之间的三相边界的位置上的温度都高于上反玻璃化极限。用术语“排挤体”称呼装置的这样的部分，在其表面上流走可时效硬化的液体，其中完全避免在结晶化临界的温度范围内的三相边界表面的形成。 

由于在排挤体上的薄膜流(Filmstr

mung)根据粘附条件是很缓慢的，所以玻璃在一较短的行程上就可以已被强烈地冷却。 

通常关于可时效硬化液体的结晶化的危险位置是喷嘴的下边缘，因为在那里常常存在较低的温度。但结晶化危险的玻璃在其上反玻璃化极限的温度时具有过小的为了自由拉延的粘度。通过玻璃内的粘性力不再能保持形成的拉延球，因此变成不稳定的并最终因其自重而断开。 

由于设置一向拉延方向从喷嘴中突出的排挤体，可以将三相边界线的区域与线材从装置中脱离的区域脱接。这意味着，在向拉延方向的拉延过程中在可时效硬化的液体与周围气体的首先接触的三相边界线的区域内可以保持高的温度和低的粘度。在线材脱离装置的区域内，亦即在排挤体的下边界的区域内可以选择较低的温度并因此较高的粘度。 

本发明由此能够有利地在拉延球的区域内的足够高的粘度的情况下加工玻璃，同时在三相边界表面上的温度可以仍然高于上反玻璃化温度。 

本发明有利地设定，排挤体沿轴向方向从喷嘴中突出其横截面的最短尺寸的至少一半，以便提供尽可能大的区域用以将三相边界线的区域与线材从装置中脱离的区域脱接，并同时确保装置的足够稳定性。一般来说排挤体可以具有任何的几何形状。在圆形横截面的情况下排挤体按照本发明从喷嘴中突出至少一相当于其半径的长度。 

为了使线材能够从排挤体上中尽可能均质地脱离，排挤体的设置 在喷嘴以外的边界可以结尾于一差不多点形的尖端或一尖锐的边缘。 

此外本发明设定，喷嘴包括一外壳，其与线材处于接触的边界构成使在一限定的脱落边缘上实现线材从喷嘴中的脱离。因此按照本发明人的见解还有利地进一步减小在三相边界表面上的结晶化。 

在本发明的一实施形式中，喷嘴外壳的处于与线材接触的边界具有一难以、优选不由可时效硬化液体湿润的材料。因此形成晶体的可能性是很小的，因为在所述材料难以由可时效硬化液体湿润的情况下缩短在高晶核形成率的区域内、亦即特别在三相边界表面的区域内的停留时间。 

按照本发明在一有利的进一步构成中，喷嘴外壳的处于与线材接触的边界是显微结构的。该显微结构可以例如根据所谓莲花效应(Lotos-Effekt)这样影响所述湿润，使得可时效硬化的液体特别在线材从喷嘴中脱离的区域内几乎不湿润喷嘴材料。 

为了排挤体可以定位于喷嘴中，可以设置连接元件以便将排挤体连接于喷嘴。特别考虑到连接元件对流动阻力的尽可能小的影响，按照本发明，排挤体从上面与喷嘴相连接。但优选可变地在喷嘴内实现排挤体的定位，例如经由一向上引出的支架，从而在操作中可以调整排挤体的水平的和垂直的位置。由此可以适应于生产波动和材料波动。 

按照本发明，排挤体可以设置在喷嘴的外壳之内。利用本发明的该实施形式能够制造棒材。 

按照本发明，排挤体还包括一相对于围绕的可时效硬化的液体敞开的内部空心体，其可以设置在喷嘴外壳与一销之间。利用本发明的该实施形式能够制造管材。 

通过一在外壳与销之间定位在喷嘴中的敞开的空心体按简单的方式提供两个接触表面，亦即空心体的内表面和外表面，从喷嘴中流出后的可时效硬化的液体粘附在这些表面上并同时受到一摩擦力。 

在从喷嘴中流出以后不仅待制造的管材的内表面而且其外表面均外露出来，亦即没有与固体的壁的直接接触。因此可以在管材的内壁和外壁上均匀地很好地消除表面的粗糙度。 

本发明还设定，喷嘴可以具有一圆柱形外壳，以便可以制造具有圆横截面的管材或棒材。 

按照本发明，排挤体和/或销可以有利地同样构成圆柱形的。按照一种实施形式，排挤体同轴于喷嘴和/或销地设置。 

本发明有利地提供如下可能性，即按照对管材的内表面和/或管材或线材的外表面的质量的要求提供一总是最好几何匹配的排挤体。 

由于在排挤体上的摩擦，只要液体仍与排挤体接触，则在从喷嘴中流出后的速度显著小于在传统方法中自由的线材中的速度。 

在可时效硬化的液体在排挤体上的停留时间的过程中，液体可以在喷嘴出口与排挤体末端之间冷却。特别可以使液体在喷嘴上的温度保持如此之高，以致不会导致结晶化，例如在三相边界线处。同时在装置的下端仍可调整如此高的粘度，以使自由的线材完全处于拉应力下。 

因此通过本发明可以有利地实现一无结晶的和稳定的拉延过程。此外本发明的优点是，在排挤体上的缓慢流动的过程中特别可以通过表面张力效应消除自由的玻璃表面上的粗糙度。 

由此本发明具有很大的优点，即可以制造具有改善的表面质量的管材和棒材。 

借助于本发明的排挤体，得到另一参数用以与温度无关地控制可时效硬化的液体的通过量。在适当的几何设计和调整的情况下可以将线材的温度并从而粘度调整到如下数值，所述数值在无排挤体的拉延方法中不可能有稳定的过程控制，而同时可以调整出如在无排挤体的方法中相同的通过量。 

因此在一有利的进一步构成中设定，排挤体和喷嘴的尺寸在一垂直于其纵轴线的平面内相互匹配成使在喷嘴与排挤体之间的缝隙的流动阻力在可时效硬化的液体的给定的粘度下允许一可预定的通过量。 

本发明还设定，排挤体可以构成使其尺寸在一垂直于其纵轴线的平面内是不变的。优选通过排挤体的调整可以改变喷嘴的缝隙，以便使通过量适应于生产要求。 

按照本发明还可以经由一用于设定和/或控制和/或调节可时效硬化的液体的通过量的装置得到对所述各参数的影响。可时效硬化的液体的通过量在这里相当于线材的通过量并从而相当于生产速度。通过可时效硬化的液体的通过量的设定和/或控制和/或调节可以按简单的方式与总设备的前置的或后置的部件匹配。 

本发明的装置还设置一用于外壳和/或排挤体的温度调节的装置。借此也可以有利地调节线材和特别是排挤体的从喷嘴中突出的部分以及拉延球的温度。 

作为这样的装置可以特别设置一马弗炉(Muffel)，其可以设置在喷嘴的下方。通过所述部件的温度调节可以有利地影响液体在该区域内的粘度。 

除经由一围绕的马弗炉以外，排挤体和特别是排挤体的在喷嘴下方突出的部分例如除经由马弗炉调节温度外还可按其他方式调节温度。例如可以为此设置一直接电加热或一非接触的感应加热。借此可以针对性地调整特别是排挤体的下部的温度。排挤体的独立于马弗炉温度的温度调节尤其是可能的，这基本上对可时效硬化的液体在排挤体上的沉积(Belag)的温度产生影响。 

按照本发明用于调节温度的装置包括至少一个调温元件，其位置是可变可调的。由此本发明有利地提供可能性，即可以局部针对性地改变可时效硬化的液体和/或线材的温度。 

特别是用于温度调节的装置可以包括至少两个彼此独立的调温元件。借此本发明能够实现装置的沿圆周方向和沿拉延方向的分段式的结构，从而符合要求的温度分布(Temperaturprofil)，特别用于调整预定的冷却和/或加热动力学变成可能。 

为了使符合要求的温度分布可以适应于改变的材料参数和操作参数，本发明有利地设置一用以设定和/或控制和/或调节外壳和/或排挤体的温度的装置。其中特别可以根据线材特别在拉延球的区域内的温度得到对温度分布的影响。 

为了有利地提供线材的附加的冷却，在一有利的进一步构成中该 装置包括一用以将一液体特别是通过喷洒涂覆到线材上、特别涂覆到拉延球上的装置。通过涂覆液体的从可时效硬化液体中提取的蒸发焓(Verdampfungsenthalpie)，从可时效硬化的液体中提取热量并从而线材更强的冷却变成可能。 

为了保护本发明的装置和特别是排挤体免于高温的损坏，本发明有利地设定，装置和特别是排挤体包括一耐热的材料。耐热性可以按简单的方式这样实现，即排挤体包括至少一高熔点的金属和/或至少一贵金属特别是铂和/或至少一耐火金属( 

)和/或至少一它们的合金和/或陶瓷。 

为了制造管材，本发明的装置还包括一用于在线材的内腔与外空间之间产生一压力差的装置。由此本发明有利地提供可能性，即借助于一在线材的内腔与外空间之间的压力差提供另一过程参数，借其可以影响管材的内径、壁厚和外径。 

此外本发明设定，提供一用以设定和/或控制和/或调节线材的内腔中的压力和/或线材的外空间中的压力的装置。这样可以有利地改变压力差而可变地适应于不同的要求并且特别在操作过程中也是如此。 

本发明的方案首次提供如下一种用于制造管材的方法，该方法包括准备一可时效硬化的液体、特别是熔体和通过从一喷嘴中沿拉延方向的拉延来制造一线材的步骤，其中特别通过至少一个排挤体在喷嘴中设置成使其提高喷嘴中的流动阻力并且向拉延方向从喷嘴中突出，排挤体包括一相对于围绕的可时效硬化的液体敞开的空心体，该空心体设置在外壳与一在喷嘴中的销之间，其中空心体从喷嘴中突出，排挤体沿轴向方向从喷嘴中突出排挤体的横截面的最短尺寸的至少一半。在喷嘴中可以达到比没有排挤体时更高的温度，其特别是高于临界的结晶化温度，并且同时在排挤体的末端上液体的粘度是足够高的，从而可以接受对于稳定的过程所需要的拉力。 

在线材在排挤体的从喷嘴中突出的部分的区域内停留时间的过程中可以针对性地降低液体的温度。该停留时间在过程参数和材料参数已知的情况下可以通过改变排挤体的几何形状加以改变。借此，如以上所述，能够在三相边界线的区域内保持高的温度和低的粘度并仍然有足够的时间供用于后继的冷却，以便在线材脱离开装置的区域内选择较低的温度并因此较高的粘度。 

对于本发明的方法还有利地设定，排挤体和喷嘴的尺寸在一垂直于其纵轴线的平面内相互匹配成使在喷嘴与排挤体之间的缝隙的流动阻力在给定的可时效硬化的液体的粘度下允许一可预定的通过量。 

排挤体和喷嘴的直径可以特别相互匹配成使由喷嘴和排挤体形成的环形缝隙的流动阻力在高于反璃璃极限的温度并因此调整的粘度时允许一通流量，该通流量精确地符合于方法的生产量。优选通过排挤体的调整可以改变环形缝隙，以便使通过量适应于生产要求。 

对于该方法，本发明还设定，垂直于或沿拉延方向调整排挤体的位置。借此本发明能够按简单的方式，在采用的设备的其他不变的几何形状的情况下，实现校正，并且特别是得到对液体在排挤体从喷嘴中突出的部分上的停留时间的影响，借此与在该区域内支配的周围温度一起可以影响温度差，该温度差出现在喷嘴的下端上的环形缝隙的区域与线材脱离排挤体下端的区域之间。 

在方法的一有利的进一步构成中，通过排挤体的定位将排挤体从喷嘴中突出的部分的长度调整成使可时效硬化的液体在排挤体从喷嘴中突出的末端上具有一足够高的粘度，以便保持整个线材处于拉应力下并从而保持稳定。 

并且在本方法的范围内可以设定和/或控制和/或调节外壳和/或排挤体的温度。由此本发明能够影响温度并从而影响例如可时效硬化的液体的粘度。为了实现外壳和/或排挤体的温度调节特别可以采用一马弗炉。优选该马弗炉包括至少两个沿圆周方向或拉延方向的分段，它们的温度可以分开调整。 

特别有利的是，在方法的过程中可以在时间上并也可局部地改变可时效硬化的液体的温度。于是考虑到冷却或加热动力学可以预定可时效硬化的液体和/或线材的温度分布。 

本发明还有利地设定，将线材的温度环境调整成使可时效硬化的液体在排挤体的下端具有一特别沿横截面平均的足够高的粘度，以便保持整个线材处于拉应力下并从而保持稳定。 

例如可以利用按照Vogel-Fulcher-Tamann方程式的取决于温度 的粘度实现本发明装置的设计。 

在排挤体的下端支配的温度可以低于反玻璃化极限。在存在三相边界时在这种情况下必须考虑到结晶化，但因为通过本发明，三相边界的位置不在该下端，而更确切地说更接近排挤体的具有相应较高温度的喷嘴出口的区域，有利地特别在线材的表面上仍然不产生任何晶体。 

在这种情况下可以将温度分布有利地形成使得关于产生的产品特性方面优化线材的输送过程和时效硬化过程。在这方面特别有利的是，在本发明的方法的范围内设定和/或控制和/或调节至少一个调温元件的位置。 

本发明还有利地设定，在线材上，特别在拉延球的区域内，特别是通过喷洒涂覆一液体。由此提供一可能性，以便实现线材的附加的冷却。 

为了在生产管材的过程中在不变的通过量和不变的设备的情况下可以得到对一待制造的管材的内径和/或壁厚和/或外径的影响。本发明的方法提供简单的可能性，即在线材的内腔与外空间之间产生一压力差。 

为了该方法例如可以适应于改变的材料特性，本发明还设定，设定和/或控制和/或调节管材内腔和/或外空间中的压力。 

并且按照本发明的方法可以有利地设定和/或控制和/或调节可时效硬化的液体的通过量。因此视情况而定，如本发明的方法在相应的具体的过程的范围内所实施的，可以经由通过量的附加的独立的过程参数得到对生产速度的影响。 

特别可以将一玻璃熔体用作为可时效硬化的液体。同样可以加工如下的玻璃熔体，其借助于本发明的方法作为非晶形的棒材或管材取得，但随后例如借助于热处理通过针对性的体积结晶化转变为玻璃陶瓷。 

利用本发明的装置和/或本发明的方法首次有可能由如下一种材料例如玻璃制造管材或棒材，所述材料通常在制造过程中结晶化，但 借助于本发明基本上特别在表面上没有结晶化并且在自由的表面上基本上没有粗糙度。 

特别是管材内面的表面和/或管材或棒材的外面的表面具有火抛光的质量。 

本发明还涉及一种玻璃陶瓷棒材或一种玻璃陶瓷管材，其中玻璃陶瓷特别包括微晶玻璃(Zerdur)，其由一棒材或一管材制造，后者通过本发明的应用制成。 

此外本发明包括一种由一种采用本发明制造的棒材制成的透镜。 

此外本发明涉及一种纤维、特别是一种光学纤维，其由应用本发明制成的棒材和/或管材制造。 

附图说明

以下借助各实施例参阅附图描述本发明。相同的构件在全部的图中用相同的标记标明。其中： 

图1   按现有技术用于自由的线材拉延的装置的示意纵剖面图； 

图2   按现有技术用于线材拉延的第二装置的示意纵剖面图； 

图3a  本发明的装置的第一实施例的示意纵剖面图； 

图3b  本发明的装置的第二实施例的示意纵剖面图； 

图4a  本发明的装置的第三实施例的示意纵剖面图； 

图4b  本发明的装置的第四实施例的示意纵剖面图； 

图4c  本发明的装置的第五实施例的示意纵剖面图； 

图5   在图4a中所示的装置的第三实施例的平面X-X内的示意横剖面图。 

具体实施方式

图1中示出一包括一喷嘴10的装置，借其可实施一已知的用于制造棒材的方法。喷嘴10包括一外壳12。一可时效硬化的液体35处于该喷嘴内。按照现有技术将一棒材没有模具“自由地”，亦即没有与模具接触地，从一喷嘴10中拉延成一线材3的形状。 

图2中示出另一按现有技术用于线材拉延的装置。该装置也包括一具有外壳12的喷嘴10。描绘的装置符合一向下拉延方法。在喷嘴 10中设置一销15。销15插入与喷嘴10的下边缘齐平。其提高喷嘴10中的流动阻力，从而在喷嘴的下边缘上稍高的温度是可能的。 

但由于在该装置的应用中，三相边界40的区域与线材脱离喷嘴的区域42也相互连接，所以可能出现结晶，从而必须中断生产。 

在已知的方法中特别是较高的粘度是必需的，以便阻止线材3在其自重下过快地流走。这意味着，在线材3从喷嘴10中脱离的区域42内的温度必须相应的低。但随着温度的降低可时效硬化的液体35的反玻璃化倾向上升，其开始结晶化。结晶化优先发生在三相边界表面40处。但脱离的区域42和三相边界表面40按现有技术是相互连接的。 

图3a示出本发明的装置的第一实施形式，包括一喷嘴10、至少一个排挤体16和一线材3，线材3形成一棒材。喷嘴10包括一外壳12和一排挤体16。 

不同于现有技术，排挤体16从喷嘴10中远远地突出。排挤体16在图3a的视图中用各连接元件22连接于外壳12。 

可时效硬化的液体35在外壳12与排挤体16之间处于喷嘴10中。可时效硬化的液体35在喷嘴10的出口处离开喷嘴，从而形成一向拉延方向4拉延的线材3。 

通过排挤体16的应用，线材3的脱离区域42与三相边界40脱接。因此在三相边界40的区域内可以调整一温度，在该温度下可靠地避免可时效硬化的液体35特别在线材3的表面上的结晶化。 

但在可时效硬化的液体35在排挤体16从喷嘴10中突出的区域上的停留时间的过程中，通过本发明的装置提供如下可能性，即可将可时效硬化的液体35冷却到在其达到脱离的区域42时具有足够低的温度，从而稳定的拉延是可能的。 

图3b中示出本发明的装置的第二实施形式。该实施形式与图3a的区别在于，排挤体16不是固定在喷嘴的外壳12上，而是经由一支架23在喷嘴10中可以水平和垂直调整。借此还可以在连续的过程中实施匹配。 

图4a中示出本发明的装置的第三实施形式，包括一喷嘴10、一构成为敞开的空心体的排挤体25和一形成一管材的线材3。喷嘴10包括一外壳12和一销15。可时效硬化的液体35在外壳12与销15之间处于喷嘴10中。可时效硬化的液体35在喷嘴10的出口处作为空心的线材3离开喷嘴，从而形成一向拉延方向4拉延的管材。 

按照该第三实施形式，排挤体25包括一圆柱形空心体，其在外壳12与销15之间连接于喷嘴10。排挤体25在图4a的视图中利用各连接元件22连接于外壳12。但如图4b中所示，排挤体25也可以与销15相连接。同样可能的是，如图4c中所示，经由一支架23′而与外壳和销无关地支承排挤体25。借此排挤体的水平的和垂直的位移并从而在连续过程中的匹配是可能的。支架23′沿圆周方向是中断的，从而可时效硬化的液体还可以进入到在支架23′与销15之间的空间内。 

在空心线材3的内腔31与外空间32之间可以调整一压力差。经由内腔31与外空间32之间的压力差可以影响例如空心线材3的壁厚。 

通过排挤体25的应用，空心线材3的脱离区域42与三相边界表面40脱接。如以上对本发明用于制造棒材的第一实施形式所说明的，因此在三相边界表面40的区域内可以调整一温度，在该温度下可靠地避免可时效硬化的液体35特别在线材3的内表面和/或外表面上的结晶化。 

但在可时效硬化的液体35在排挤体25从喷嘴10中突出的表面上的停留时间的过程中，通过本发明的装置提供如下可能性，即可将可时效硬化的液体35冷却到在其达到脱离的区域42时具有足够低的温度，从而稳定的拉延是可能的。 

图5中示例性示出，构成为空心体的排挤体25可以怎样设置于本发明的第三实施形式的装置中。在外壳12内经由多个连接元件22安装排挤体25。同轴于外壳12设置销15。可时效硬化的液体35处于外壳12与排挤体25之间以及排挤体25与销15之间。 

例如一发明的装置对于一给定的玻璃可以设计如下。考虑一具有下列特性的示范玻璃： 

粘度η(单位dPas)的温度关系可以按照Vogel-Fulcher-Tammann的方程式由参数A、B和To来描述。其适用： 

logη＝A+B/(T-To) 

其中A＝-4.16，B＝5156K和To＝263K。 

上反玻璃化极限位于1010℃。玻璃的密度为3400kg/m³。表面张力为0.3N/m。玻璃内的有效的热导性为3W/(mK)。玻璃的比热容量为1000J/(kg K)。 

为了示例性设计假定，在喷嘴的下方连接一马弗炉，其内支配一恒定500℃的温度。该方法的生产量拟为每小时72kg。 

为了稳定的、没有因结晶化而中断的生产运行，要求出现三相边界的最冷位置应保持至少1020℃并从而保持高于反玻璃化极限。 

通过采用一通用的数学模拟软件来计算流动过程可以确定对于排出喷嘴和排挤体的合适的几何尺寸。排出喷嘴和排挤体在所考察的实例中具有圆横截面。除这些尺寸外还确定排挤体的长度。 

各尺寸确定成使玻璃在沿排挤体流动的过程中一直冷却到对于稳定的自由拉延足够低的温度。 

这样例如得出，喷嘴直径160mm，排挤体直径140mm，排挤体在喷嘴下方突出的长度170mm，其中100mm构成为圆柱形部分而70mm构成为圆锥形部分。因此排挤体从喷嘴中突出的边界得到一尖端。 

利用这样确定尺寸的装置可以实现使玻璃以符合要求的生产量在高于反玻璃化温度之温度下通过由喷嘴和排挤体构成的环形缝隙流出。在排挤体的下部的外表面上向下流时玻璃得以冷却。于是玻璃在排挤体的末端具有一足够高的粘度，以便在符合要求的生产量下可以稳定地拉延，而没有因自重比其按拉延速度更快地流走。 

Claims (37)

1.一种用于通过将至少一种可时效硬化的玻璃熔体流(35)从一包括一外壳(12)和一销(15)的喷嘴(10)中沿一拉延方向(4)拉延到冷却空气或气体中来制造空心线材(3)的装置，所述销插入与喷嘴(10)的下边缘齐平并且在拉延方向(4)或轴向方向上延伸，所述装置还包括至少一个排挤体(25)，该排挤体(25)包括一相对于围绕的可时效硬化的玻璃熔体流敞开的空心体并且在喷嘴(10)中设置在外壳(12)与销(15)之间，并且该排挤体向拉延方向(4)或轴向方向从喷嘴(10)中突出，排挤体(25)的所述突出为排挤体的横截面的最短尺寸的至少一半，在玻璃熔体流在排挤体上的停留时间的过程中，玻璃熔体流能在喷嘴出口与排挤体末端之间冷却，基本上在全部的形成在玻璃熔体、喷嘴(10)的材料和周围气体之间的三相边界(40、40′)的位置上的温度都高于上反玻璃化极限，并且在脱离区域(42)的温度足够低，以允许稳定的拉延。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，排挤体(25)的设置在喷嘴以外的边界结尾于一尖端或棱边。

3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，喷嘴的外壳(12)的与线材(3)处于接触的边界构成使沿轴向方向基本上在一限定的脱落边缘上实现线材从喷嘴中的脱离。

4.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，喷嘴(10)的外壳(12)的处于与线材(3)接触的边界具有一难以由可时效硬化的玻璃熔体湿润的材料。

5.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，有用于将排挤体(25)与喷嘴连接的各连接元件(22)。

6.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，排挤体(25)能沿水平的和/或垂直的方向相对于喷嘴可移动地经由一支架(23、23′)固定。

7.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，喷嘴的外壳(12)是圆柱形的。

8.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，排挤体(25)和/或销(15)是圆柱形的。

9.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，排挤体(25)同轴于喷嘴设置。

10.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，排挤体和喷嘴的尺寸在一垂直于其纵轴线的平面内相互匹配成使在喷嘴(10)和/或销(15)与排挤体之间的缝隙的流动阻力在可时效硬化的玻璃熔体的给定的粘度下允许一可预定的通过量。

11.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，排挤体(25)构成使其尺寸在一垂直于其纵轴线的平面内不是恒定的。

12.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，有一用于外壳(12)和/或排挤体(25)的温度调节的装置。

13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，能在喷嘴的下方设置一马弗炉作为用于温度调节的装置。

14.按照权利要求13所述的装置，其特征在于，采用一用于直接电加热和/或非接触的感应加热的装置作为用于温度调节的装置。

15.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，用于温度调节的装置包括至少一个调温元件，其位置是可变可调的。

16.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，用于温度调节的装置包括至少两个彼此独立的调温元件。

17.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，有一用以设定和/或控制和/或调节外壳(12)和/或排挤体(25)的温度的装置。

18.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，有一用以将一液体涂覆到线材(3)上的装置。

19.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，排挤体(25)包括至少一高熔点的金属和/或至少一贵金属和/或至少一耐火金属和/或至少一它们的合金和/或陶瓷。

20.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，有一用于在空心线材(3)的内腔(31)与外空间(32)之间产生一压力差的装置。

21.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，有一用以设定和/或控制和/或调节空心线材(3)的内腔(31)和/或外空间(32)中的压力的装置。

22.一种用于制造空心的线材(3)的方法，包括步骤：准备一可时效硬化的玻璃熔体和将玻璃熔体流从一喷嘴(10)中沿一拉延方向(4)拉延到冷却空气或气体中，所述喷嘴包括一外壳(12)和一销(15)，所述销插入与喷嘴(10)的下边缘齐平并且在拉延方向(4)或轴向方向上延伸，一排挤体(25)向拉延方向(4)或轴向方向从喷嘴(10)中突出，该排挤体包括一相对于围绕的可时效硬化的玻璃熔体敞开的空心体并且在喷嘴(10)中设置在外壳(12)与销(15)之间，排挤体(25)的所述突出为排挤体的横截面的最短尺寸的至少一半，在玻璃熔体流在排挤体上的停留时间的过程中，玻璃熔体流能在喷嘴出口与排挤体末端之间冷却，基本上在全部的形成在玻璃熔体、喷嘴(10)的材料和周围气体之间的三相边界(40、40′)的位置上的温度都高于上反玻璃化极限，并且在脱离区域(42)的温度足够低，以允许稳定的拉延。

23.按照权利要求22所述的方法，其特征在于，将排挤体(25)和喷嘴(10)的尺寸在一垂直于其纵轴线的平面内相互匹配成使在喷嘴(10)和/或销(15)与排挤体(25)之间的缝隙的流动阻力在可时效硬化的玻璃熔体的给定的粘度下允许一可预定的通过量。

24.按照权利要求22所述的方法，其特征在于，排挤体(25)的位置在水平的和/或垂直的方向是可调的。

25.按照权利要求22至24之一项所述的方法，其特征在于，通过排挤体(25)的定位将排挤体(25)的从喷嘴中突出的部分的长度调整成使可时效硬化的玻璃熔体在排挤体(25)的从喷嘴中突出的末端具有一足够高的粘度，从而整个的线材(3)在拉延过程中处于拉应力下。

26.按照权利要求22至24之一项所述的方法，其特征在于，设定和/或控制和/或调节外壳(12)和/或排挤体(25)的温度。

27.按照权利要求22至24之一项所述的方法，其特征在于，将线材(3)的温度环境调整成使可时效硬化的玻璃熔体在排挤体(25)的下端具有一足够高的粘度，从而整个线材(3)在拉延过程中处于拉应力下。

28.按照权利要求22至24之一项所述的方法，其特征在于，设定和/或控制和/或调节至少一个调温元件的位置。

29.按照权利要求22至24之一项所述的方法，其特征在于，将一液体涂覆到线材(3)上。

30.按照权利要求22至24之一项所述的方法，其特征在于，可时效硬化的玻璃熔体(35)时效硬化成一管材。

31.按照权利要求22至24之一项所述的方法，其特征在于，在线材(3)的内腔(31)与外空间(32)之间产生一压力差。

32.按照权利要求22至24之一项所述的方法，其特征在于，设定和/或控制和/或调节线材(3)的内腔(31)和/或外空间(32)中的压力。

33.按照权利要求1至21之一所述的装置和/或按照权利要求22至32之一所述的方法的应用，用于由一基本上非晶形的固体制造管材。

34.按照权利要求33所述的应用，其特征在于，固体包括一玻璃。

35.按照权利要求33或34所述的应用，其特征在于，管材(3)的内面上的表面(33)和/或管材(3)的外面上的表面(37)基本上是光滑的。

36.按照权利要求1至21之一所述的装置和/或按照权利要求22至32之一所述的方法的应用，用于采用按照权利要求33至35之一项所述的管材制造玻璃陶瓷管材，其中将管材通过针对性的体积结晶化转变为一玻璃陶瓷。

37.由一管材制成的纤维，所述管材通过按照权利要求33至35之一项所述的装置和/或方法的应用制成。

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