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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines geblasenen
Glaskörpers,
insbesondere einer Glaswandung oder Baugruppe eines elektrochemischen
Sensors, beispielsweise eines pH-Sensors oder eines anderen ionensensitiven
Sensors, wobei ein luft- oder gasdurchströmbares Tauchrohr in eine Glasschmelze
eingetaucht und anschließend wieder
herausgezogen wird, um eine Menge geschmolzenen Glases aus der Glasschmelze
zu entnehmen und wobei das entnommene Glas mittels durch das Tauchrohr
strömender
Luft oder Gas in die Form des herzustellenden Glaskörpers geblasen wird
(man spricht hier vom ”Anblasen” eines
Glaskörpers).
Desweiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausführung eines
solchen Verfahrens.
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Glaskörper, inbesondere
in Kugel-, Kalotten- oder sonstiger Form, werden seither in manueller Weise
unter Anwendung handwerklicher Techniken in Glasbläserwerkstätten hergestellt,
indem ein rohrförmiger,
nicht notwendigerweise aber zumeist zylindrischer Körper, welcher
das vorerwähnte
Tauchrohr bildet, in eine Glasschmelze eingetaucht wird, um beim
anschließenden
Herausziehen des Tauchrohrs eine in etwa bestimmte Menge flüssigen Glases
aufzunehmen. Der Glasbläser
leitet dann durch Blasen mit dem Mund Luft durch das Tauchrohr,
wodurch aus der aufgenommenen Menge geschmolzenen zähflüssigen Glases
der herzustellende Glaskörper geblasen
werden kann. Dieser Vorgang setzt glasbläserisches Können und Erfahrung voraus.
Schließlich
sind auch noch andere aber ähnliche
manuelle Verfahren bekannt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Verfahren zu
automatisieren.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein automatisiertes Verfahren mit den folgenden Merkmalen
des Anspruchs 1:
- – das Tauchrohr wird in Richtung
auf die Oberfläche
der Glasschmelze abgesenkt,
- – das
Erreichen der Oberfläche
der Glasschmelze wird ermittelt, indem beim Berühren der Oberfläche der Glasschmelze
durch das Tauchrohr eine Zunahme des Gasdrucks im Inneren des Tauchrohrs
detektiert wird,
- – das
Tauchrohr wird dann so angesteuert, dass es mit seinem freien Ende über eine
bestimmte vorgebbare Eintauchtiefe in die Glasschmelze eingetaucht
und wieder herausgezogen wird und dabei eine vorbestimmmte Menge
geschmolzenen Glases aufgenommen wird.
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Da
bei wiederholtem Eintauchen und Herausziehen des Tauchrohrs die
Menge der verfügbaren
Glasschmelze in dem Schmelztiegel abnimmt und das Flüssigkeitsniveau,
also die Position der Oberfläche
der Glasschmelze in dem Tiegel absinkt, ist es schwierig, in einem
automatisierten Verfahren eine vorbestimmte Menge von Glasschmelze
zu entnehmen. Die Erfindung schlägt
daher vor, das Erreichen der Oberfläche der Glasschmelze mit dem Tauchrohr
in der vorstehend erwähnten
Weise zu ermitteln. Es kann dann die weitere Bewegung des Tauchrohrs
gezielt ausgeführt
werden, so dass das freie Ende des Tauchrohrs über eine bestimmte vorgebbare
Eintauchtiefe in die Glasschmelze eintaucht, damit vorzugsweise
nach einer vorbestimmten Verweildauer durch Herausziehen des Tauchrohrs
mit einer vorzugsweise vorbestimmten Geschwindigkeit bei konstant
gehaltener Glasschmelzetemperatur eine vorbestimmte Menge an Glasschmelze
mittels des Tauchrohrs entnommen werden kann.
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Durch
die vorstehende Maßnahme
kann eine bestimmte vorgebbare Eintauchtiefe und damit eine bestimmte
Schmelzenentnahme bei einer auf einen konstanten Wert geregelten
Schmelztemperatur automatisiert gewährleistet werden, und zwar
ohne dass weitere aufwendige Vorrichtungskomponenten vorgesehen
werden müssen.
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Wenn
dann der Schmelzentropfen, der am freien Ende des Tauchrohrs haftet,
entsprechend einer optimalen Blasdruckkurve p(t) beaufschlagt wird, so
lässt sich
hierdurch der herzustellende Glaskörper stets in der gewünschten
Weise anblasen. Es ist möglich,
durch Ansteuerung einer Pumpeinrichtung den optimalen Druckverlauf
entsprechend der Blasdruckkurve p(t) innerhalb des Tauchrohrs einzusteuern
oder vorzugsweise einzuregeln. Durch diese weitere Maßnahme der
gezielten optimalen Druckbeaufschlagung kann der herzustellende
Glaskörper
mit hoher Reproduzierbarkeit automatisiert angeblasen werden.
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Es
erweist sich desweiteren als vorteilhaft, wenn die Parameter der
Eintauchtiefe, der Verweilzeit und vorzugsweise auch der Geschwindigkeit
des Herausziehens des Tauchrohrs, die alle insofern temperaturabhängig sind,
als sie von der eingestellten Viskosität der Glasschmelze abhängen, in
dem den Prozess steuernden Rechner vorgebbar gespeichert sind und
die Stelleinrichtung für
das Tauchrohr dementsprechend angesteuert wird. Die Einstellung
der Viskosität
der Glasschmelze wird durch Einstellung und Konstanthaltung der
Schmelzentemperatur durch eine Temperaturreglung erreicht.
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In
weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die herzustellende
Körpergeometrie
(Soll-Zustand) des Glaskörpers über vorgegebene
Referenzpunkte in dem Rechner gespeichert und die tatsächliche
Körpergeometrie
(Ist-Zustand) wird über
eine Kamera aufgenommen und mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung
und eines Rechenprogramms mit den gespeicherten Soll-Daten verglichen.
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Unter
Anwendung dieses weiteren Erfindungsgedankens ist es möglich, nach
Durchlaufen der Blasdruckkurve den angeblasenen Körper zu
erfassen (Ist-Zustand) und mit den hinterlegten Soll-Daten zu vergleichen.
Es kann dann beispielsweise ein Klassifikationsvorgang durchgeführt werden,
wonach der Glaskörper
entweder als Ausschuss behandelt oder entsprechend seiner Annäherung an den
Ist-Zustand in verschiedene Qualitätsklassen eingeordnet werden
kann.
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Es
ist aber auch denkbar, dass die Erfassung der tatsächlichen
Körpergeometrie
(Ist-Zustand) während
des Blasens des Glaskörpers
intermittierend oder kontinuierlich durchgeführt wird. Auf diese Weise kann
bei Erreichen eines vorbestimmmten Zustandes der Blasvorgang abgebrochen
werden, der Druck p(t) wird hierfür in vorbestimmter Weise zurückgenommen
und der Glaskörper
wird erstarrt. Es ist auch denkbar, dass entsprechend des Soll/Ist-Vergleichs
Steuervorgänge
vorgenommen werden, etwa dahingehend, dass bei Zurückbleiben,
beispielsweise eines Durchmessers des Glaskörpers hinter den Soll-Werten
bei einem gegebenen p(t) der Glasdruck erhöht wird.
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Inbesondere
bei der Herstellung von Glaskörpern,
die als Baugruppe, insbesondere als gehäusebildende Komponente oder
Wandung oder als Aufnahmeschacht bei einem insbesondere elektrochemischen
Sensor verwendet werden sollen, erweist es sich als vorteilhaft,
wenn als Tauchrohr ein im weitesten Sinne rohrförmiges, also kanalbildendes
Glasrohr verwendet wird. Dieses muss nicht notwendigerweise zylindrische
Gestalt aufweisen. Das Tauchrohr kann dann zusammen mit dem angeblasenen
Glaskörper
direkt als Bauteil bei einem elektrochemischen Sensor verwendet
werden.
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Desweiteren
ist Gegenstand der Erfindung eine automatisierte Vorrichtung zur
Ausführung
des vorstehend erläuterten
Verfahrens mit den folgenden Merkmalen des Anspruchs 9:
- – eine
Glasschmelzeinrichtung mit einer Zugangsöffnung,
- – ein
luft- oder gasdurchströmbares
Tauchrohr,
- – eine
Stelleinrichtung zum Absenken, Eintauchen und Herausziehen des Tauchrohrs
in bzw. aus der Glasschmelze,
- – eine
Druckmesseinrichtung, die einen Anstieg des Drucks im Inneren des
Tauchrohrs detektiert, wenn das Tauchrohr die Oberfläche der
Schmelze berührt,
- – eine
Pumpeinrichtung zum Anblasen des Glaskörpers,
- – eine
rechnerunterstützte
Steuereinrichtung zur Steuerung der Stelleinrichtung für das Tauchrohr in
Abhängigkeit
von Ausgabewerten der Druckmesseinrichtung und zur Steuerung der
Pumpeinrichtung.
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Desweiteren
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die automatisierte Vorrichtung
eine Bildaufnahmevorrichtung, beispielsweise in Form einer Digitalkamera,
zum Aufnehmen der tatsächlichen
Körpergeometrie
des Glaskörpers,
und zwar am Ende oder während
des Blasvorgangs, und eine Bildverarbeitungseinrichtung aufweist,
die insbesondere aus einem Rechenprogramm gebildet sein kann, welches aus
den Bilddaten für
einen Soll/Ist-Vergleich geeignete verarbeitbare Daten macht bzw.
diesen Vergleich ausführt.
Zusätzlich
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Bildverarbeitungseinrichtung
die genommenen Bilddaten über
die tatsächliche
Körpergeometrie auf
einer Anzeigevorrichtung, insbesondere einem Monitor zur Anzeige
bringt, vorzugsweise unterlegt durch die zu erzielenden Soll-Daten.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung, für die auch
jeweils für
sich genommen Schutz beansprucht wird, ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und
aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen
eines geblasenen Glaskörpers
unter Andeutung der Verfahrensschritte;
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2 das
untere Ende des Tauchrohr mit gerade angeblasenem Glaskörper; und
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3 eine
Darstellung einer Blasdruckkurve p(t).
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1 zeigt
eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnete Vorrichtung
zum Herstellen eines geblasenen Glaskörpers mit nachfolgend zu beschreibenden
Vorrichtungskomponenten. Dargestellt ist eine Glasschmelzeinrichtung 4,
die im einfachsten Fall von einem, insbesondere durch eine nicht
dargestellte Induktionsspule beheizten Tiegel 6 gebildet
ist, der eine Glasschmelze 8 aufnimmt. Desweiteren umfasst
die Vorrichtung ein Tauchrohr 10, bei dem es sich um ein
Glasrohr im weitesten Sinne handeln kann. Das Tauchrohr ist durch
eine Öffnung 12 in
den Schmelztiegel 6 einführbar und in die Glasschmelze 8 eintauchbar.
Das Eintauchen des Tauchrohrs 10 in die Glasschmelze 8 wird
durch Absenken einer Haltevorrichtung 14 für das Tauchrohr 10 entsprechend dem
Doppelpfeil 16 erreicht. Hierfür ist eine Stelleinrichtung 18 vorgesehen,
die erwünschtenfalls
eine zusätzliche
Bewegung in Richtung des Doppelpfeils 20 ausführen kann.
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Die
Stelleinrichtung 18 arbeitet rechnergesteuert und ist mit
einer rechnerunterstützten
Steuereinrichtung 22 eines Rechners 24 verbunden.
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Mit
dem Bezugszeichen 26 ist eine Pumpeinrichtung zum Anlegen
eines Anblasdrucks an das Innere des Tauchrohrs 10 bezeichnet.
Die Verbindung zwischen der Pumpvorrichtung 26 und dem
einen Ende des Tauchrohrs 10 ist über einen flexiblen Schlauch 28 gegeben.
Die Pumpeinrichtung 26 wird über eine Datenübertragungseinrichtung 30 von
der rechnerunterstützten
Steuereinrichtung 22 angesteuert. Desweiteren ist eine
Druckmesseinrichtung 32 in Form eines Drucksensors vorgesehen,
welcher den im Inneren des Tauchrohrs 10 anliegenden Druck
erfasst und über
eine Übertragungseinrichtung 34 an die
Steuereinrichtung 22 leitet.
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Die
Druckmesseinrichtung 32 bildet im Zusammenwirken mit der
rechnerunterstützten
Steuereinrichtung 22 eine Einrichtung 36 zum Bestimmen der
Position der Oberfläche
der Glasschmelze 8 im Schmelztiegel 6. Wenn über die
Pumpeinrichtung 26 beispielsweise ein kontinuierlicher
vergleichsweise sehr geringer Gas- oder Luftstrom durch den Schlauch 28 und
das Tauchrohr 10 geleitet wird, welcher das Tauchrohr an
dessen freiem Ende verlässt, so
tritt im Zeitpunkt der Berührung
des freien Endes des Tauchrohrs 10 beim Absenken der Halteeinrichtung 14 in
Richtung auf die Schmelze 8 ein Druckanstieg innerhalb
des Tauchrohrs 10 ein. Dieser Druckanstieg kann mittels
des Drucksensors ermittelt und über
die Übertragungseinrichtung 34 an
die Steuereinrichtung 22 gegeben werden. Auf diese Weise
kann exakt das Erreichen der Oberfläche der Glasschmelze festgestellt
werden. Es besteht nun die Möglichkeit,
die Stelleinrichtung 18 so anzusteuern, dass das Tauchrohr
bis zu einer exakten Eintauchtiefe h in die Glasschmelze 8 eingetaucht
wird.
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Dasselbe
Ergebnis lässt
sich aber auch erreichen, wenn kein kontinuierlicher Luft- oder
Gasstrom durch den Schlauch 28 bzw. das Tauchrohr 10 geleitet
wird. Mit zunehmender Annäherung
an die heiße
flüssige
Glasschmelze findet nämlich
eine zunehmende Erwärmung
des Luft- oder Gasvolumens im Inneren des Tauchrohrs 10 statt,
so dass ein spontaner Druckanstieg im Inneren des Tauchrohrs resultiert,
der ebenfalls über
die Druckmesseinrichtung 32 bzw. den Drucksensor detektierbar
ist und für
die vorstehend beschriebenen Steuerungsvorgänge benutzt werden kann.
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Unter
Einbeziehung der Druckmesseinrichtung 32 in die Ansteuerung
der Pumpvorrichtung kann ferner ein Regelkreis gebildet werden,
und eine in einer Speichereinrichtung des Rechners 24 hinterlegte
Blasdruckkurve p(t) kann sehr exakt durchlaufen werden.
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Die
Bestimmung der Position bzw. des Niveaus der Oberfläche 42 der
Glasschmelze relativ zu dem freien Ende des Tauchrohrs 10 ist
aus folgendem Grund wichtig: Die Menge an Glasschmelze 8, welche
beim Eintauchen und wieder Herausziehen des Tauchrohrs 10 aus
dem Schmelztiegel 6 entnommen wird, hängt bei gegebener Temperatur
und Viskosität
von der Eintauchtiefe des Tauchrohrs 10 in die Schmelze 8 ab.
Es ist für
die reproduzierbare Entnahme einer bestimmten Menge zähflüssiger Glasschmelze
deshalb erforderlich, dass stets diesselbe, vorzugsweise vorgebbare
Eintauchtiefe erreicht wird. Die Position bzw. das Niveau der Oberfläche 42 der Glasschmelze
sinkt aber bei fortlaufender Glasentnahme ab. Es ist deshalb wesentlich,
dass die genaue Position der Flüssigkeitsoberfläche 42 relativ
zu dem Tauchrohr bzw. einem Koordinatensystem der Haltevorrichtung 14 bzw.
der Stelleinrichtung 18 ermittelt und an die Steuereinrichtung 22 des
Rechners 24 gegeben wird, so dass in Abhängigkeit
von dieser Position das Absenken des Tauchrohrs 10 derart
vorgenommen werden kann, dass sich die bestimmte vorgebbare Eintauchtiefe
stets gleich reproduzierbar erreichen lässt.
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Die
automatisierte Herstellung eines geblasenen Glaskörpers geschieht
nach der Erfindung auf folgende Weise:
Zunächst wird ein sehr geringer
Luft- oder Gasstrom durch den Schlauch 28 und das Tauchrohr 10 geleitet,
der am freien Ende des Tauchrohrs drucklos austritt. Das Tauchrohr 10 wird
nun durch entsprechende Ansteuerung der Stelleinrichtung abgesenkt,
während
der Druck im Inneren des Tauchrohrs 10 bzw. des Schlauchs 28 über die
Druckmesseinrichtung 32 erfasst und über die Übertragungsvorrichtung 34 an die
Steuereinrichtung 22 gegeben wird. Im Moment des Berührens der
Schmelzenoberfläche 42 mit
dem freien Ende des Tauchrohrs 10 wird der Luftaustritt verschlossen,
und der Druck im Inneren des Tauchrohrs 10 steigt infolge
des nachgeförderten
Luft- oder Gasvolumens
an. Dieser Druckanstieg wird als Signal für das Berühren des Tauchrohrs 10 an
der Schmelzenoberfläche 42 gewertet,
und damit wird die Position der Schmelzenoberfläche 42 bzw. deren Niveau
relativ zu dem Tauchrohr 10 erfasst. Nachdem die koinzidierende
Position bzw. das koinzidierende Niveau der Flüssigkeitsoberfläche 42 mit
dem Ende des Tauchrohrs 10 ermittelt und an die Steuereinrichtung 22 gegeben
worden ist, wird die Stelleinrichtung 18 derart angesteuert,
dass das Tauchrohr 10 um eine vorbestimmte Eintauchtiefe
h (gemessen vom Scheitelpunkt des Meniskus) in die Glasschmelze 8 eingetaucht
wird. Nach einer im Speicher des Rechners hinterlegten Verweilzeit
wird das Tauchrohr von der Stelleinrichtung 18 mit vorbestimmtem
Bewegungs- bzw. Geschwindigkeitsprofil aus der Glasschmelze 8 herausgezogen.
An dem freien Ende des Tauchrohrs 10 haftet jetzt eine
vorbestimmte Menge Glasschmelze. Es wird nun außerhalb der Schmelze rechnergesteuert
und geregelt die im Rechner 24 hinterlegte Blasdruckkurve
p(t) durch die Pumpeinrichtung 26 im Inneren des Tauchrohrs 10 angelegt.
Hierdurch wird aus der entnommenen und tropfenförmig am freien Ende des Tauchrohrs 10 haftenden
Glasschmelze der herzustellende Glaskörper geblasen. Es kann auf
diese Weise ein kugelförmiger
Glaskörper
mit beispielhaften Durchmessern zwischen 5 und 15 mm geblasen werden.
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Während dieses
Vorgangs kann die tatsächliche
Geometrie des in 2 am freien Ende des Tauchrohrs 10 angedeuteten
Glaskörpers 50 über eine
Bildaufnahmevorrichtung 52, beispielsweise eine Digitalkamera,
aufgenommen werden. Über eine
Bildverarbeitungseinrichtung, in Form eines Bildverarbeitungsprogramms,
welches vorzugsweise im Rechner 24 läuft, kann die Gestalt des Glaskörpers 50 während des
Anblasens auf einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise dem Display
des Rechners 24, angezeigt werden. Über die Bildverarbeitungseinrichtung
kann auch die tatsächliche
Körpergeometrie
des Glaskörpers 50 rechnerisch
ermittelt und erfasst werden, so dass ein Vergleich mit im Rechner 24 hinterlegten
Soll-Daten möglich
ist. Auf diese Weise kann entschieden werden, ob eine geforderte
Durchmessergröße des Glaskörpers 50 erreicht
ist und der weitere Anblasvorgang dann abgebrochen und der Glaskörper zur
Erstarrung gebracht werden soll, oder ob der Blasvorgang fortgesetzt
werden soll. Es ist aber auch möglich,
jeweils nach der Ausführung
des Anblasvorgangs, insbesondere nach der Erstarrung, die tatsächliche
Körpergeometrie
zu erfassen und für
einen Klassifizierungsvorgang (Einteilung in Ausschuss oder verschiedene
Qualitätsstufen)
zu verwenden.
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2 zeigt
angedeutet das untere Ende des Tauchrohrs 10 mit gerade
angeblasenem Glaskörper 50.
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Desweiteren
zeigt 3 den beispielhaften Verlauf einer Blasdruckkurve
p(t).