Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen,
mit der sich homogene Glasrohre mit einem vergleichsweise kleinen
Verhältnis
von Außendurchmesser
zu Wandstärke
präzise
herstellen lassen. Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sollen mit einer
solchen Vorrichtung Glasrohre insbesondere mit einem Verhältnis von
Außendurchmesser
zu Wandstärke
von kleiner als etwa 0,1·AD/[mm]
in der vorstehend anhand der 2 erläuterten
Konvention hergestellt werden. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung soll ein entsprechendes Herstellungsverfahren
bereitgestellt werden.
Diese
und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden
Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch
1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 15 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der rückbezogenen
Unteransprüche.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Glasrohrs
bereitgestellt, insbesondere zur kontinuierlichen Herstellung eines
Glasrohrs, mit einem Schacht, in den eine Glasschmelze einbringbar
ist, insbesondere eingegossen werden kann, sodass das Außenprofil
des Glasrohrs zumindest abschnittsweise durch den Schacht festgelegt
wird, sowie mit einem sich koaxial im Inneren des Schachts erstreckenden
Formgebungsmittel zum Festlegen des Innenprofils des Glasrohrs,
wobei das Formgebungsmittel gekühlt
ist, sodass sich die Glasschmelze in dem Schacht zu dem Glasrohr
verfestigt.
Dabei
kann das schmelzflüssige
Glas in den Schacht so eingegossen werden, dass zumindest ein oberer
Abschnitt des Schachts von dem schmelzflüssigen Glass im Wesentlichen
vollständig
ausgefüllt
ist, um das Außenprofil
des Glasrohrs festzulegen. Hierzu kann das schmelzflüssige Glas
zumindest abschnittsweise an der Innenumfangswand des Schachts anliegen
oder bis in unmittelbare Nähe
zu dieser fließen,
um das Außenprofil
des Glasrohrs festzulegen. Da das Außenprofil des Glasrohrs somit
im Wesentlichen durch den Querschnitt des Schachts festgelegt wird,
ist eine relativ freie Formgebung des Glasrohrs erfindungsgemäß möglich.
Das
schmelzflüssige
Glas kann dabei aus einer Schmelzrinne, einer Schmelzwanne oder
einem Glasschmelzenbehälter
frei, d.h. unter Ausbildung eines freien Meniskus, in den Schacht
hineinfließen
bzw. gegossen werden. Erfindungsgemäß wird dabei das schmelzflüssige Glas
durch die im unteren bzw. stromabwärtigen Abschnitt des Schachts
bereits ausreichend verfestigte Glasrohr so abgestützt, dass
ein unkontrolliertes Hindurchfließen des schmelzflüssigen Glases
durch den Schacht verhindert ist. Während das Glasrohr mit einer
vorgebbaren Abzugsgeschwindigkeit aus dem Schacht abgezogen wird,
wird somit die nachfließende
Glaschmelze stets ausreichend abgestützt. Das Abziehen des Glasrohrs
erfüllt
dabei jedoch, anders als bei den vorgenannten herkömmlichen
Ziehverfahren, nicht die Funktion eines Ziehens der herkömmlichen
Ziehzwiebel zu einem Glasrohr.
Erfindungsgemäß ist in
dem Schacht ein zusätzliches
gekühltes
Formgebungsmittel zur Festlegung der Innenkontur koaxial zu dem
Schacht angeordnet. Das Formgebungsmittel kann als länglicher
Dorn mit einem geeigneten Profil, beispielsweise kreisförmig, dreieckig,
polyedrisch, auch sich in Längsrichtung
verjüngend,
ausgebildet sein und wird erfindungsgemäß ausreichend gekühlt, sodass
das schmelzflüssige
Glas am vorderen bzw. stromabwärtigen
Ende des Formgebungsmittels bis auf eine Temperatur, die zweckmäßig unterhalb
der Erweichungstemperatur des Glases liegt, abgekühlt ist,
sodass das Glasrohr am vorderen Ende des Schachts bereits ausreichend
verfestigt ist und im Wesentlichen nicht weiter verformt wird. Beim
Verlassen des Formgebungsmittels hat sich somit das Glas bereits
so verfestigt, dass es zu keiner weiteren viskosen Verformung stromabwärts von
dem Formgebungsmittel kommt.
Dabei
kann das Profil des Formgebungsmittels korrespondierend zu dem Profil
des Schachts ausgebildet sein oder können der Schacht und das Formgebungsmittel
unterschiedliche Profile aufweisen. Somit ist erfindungsgemäß eine noch
freiere Formgebung von Glasrohren möglich.
Gemäß der Erfindung
kann das Formgebungsmittel zur Kühlung
von einem fluiden Kühlmittel,
beispielsweise von einem Gas, einer Flüssigkeit wie beispielsweise
Wasser, oder von einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch,
durchströmt
werden, um das Formgebungsmittel zu kühlen. Selbstverständlich kann
das Formgebungsmittel auch mit einem Kühlfinger oder dergleichen in
einem thermischen Kontakt stehen, um die Wärme des Formgebungsmittels
abzuführen
und an dem Formgebungsmittel geeignete Temperaturbedingungen vorzugeben.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
eine relativ freie Formgebung des Glasrohrs, insbesondere durch
einfaches Gießen
der Glasschmelze in den Schacht, sodass die Glasschmelze durch das
Formgebungsmittel zu einem Glasrohr mit einem durch das Formgebungsmittel
definierten Innenprofil ausgebildet wird. Ein Ziehen des Glasrohrs
ist somit erfindungsgemäß nicht
zwingend notwendig. Vielmehr kann die Glasschmelze mit einer vergleichsweise
niedrigen Viskosität
bzw. hohen Fliessgeschwindigkeit in den Schacht eingebracht werden.
Dabei durchläuft
die Glasschmelze bzw. das Glasrohr den Schacht vergleichsweise rasch, sodass
das Glas im Ergebnis weniger anfällig
gegen Kristallisation ist, sich also weniger Kristalle im Glas ausbilden.
Im
Gegensatz zu den vorgenannten herkömmlichen Ziehprozessen aus
der Schmelze, bei denen immer ein direkter und in der Regel haftender
Kontakt mit einer Ziehdüse
und einer Innennadel besteht, was herkömmlich zur Ausbildung eines
charakteristischen Geschwindigkeitsprofils durch den Glasquerschnitt
und zu Minima an den Kontaktstellen zur Nadel und zur Düse führt, kann
das Geschwindigkeitsprofil und die Fließbewegung der Glasschmelze
bzw. des noch zähflüssigen Glasrohrs
erfindungsgemäß erheblich
vergleichmäßigt werden.
Insbesondere ändert
sich das Geschwindigkeitsprofil nach dem Ablösen von der Vorderkante des Formgebungsmittels
weniger stark, was zu vorteilhaft homogenen und präzisen Glasrohren
führt.
Das gleichmäßigere Geschwindigkeitsprofil
und die weniger komplexe Fließbewegung
führen
erfindungsgemäß selbst unabhängig von
Oberflächenspannungseinflüssen zu
erheblich geringeren Abweichungen der Geometrie des Glasrohres von
der Schacht- und Formgebungsmittelgeometrie.
Im
Gegensatz zu den vorgenannten herkömmlichen Ziehverfahren muss
erfindungsgemäß auch keine aufwendige
Auslegung der Düsengeometrie
erfolgen, um enge Spezifikationen einzuhalten. Selbst komplizierte
und feine Innengeometrien (beispielsweise enge Kantenradien, starke
Inneneinzüge
nach innen) lassen sich gemäß der vorliegenden
Erfindung in einfacher und kostengünstiger Weise herstellen.
Weil
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
keine Ziehzwiebel ausgebildet wird, lassen sich erfindungsgemäß Glasrohre
mit vergleichsweise großen
Wandstärken
bzw. mit einem vergleichsweise kleinen Verhältnis von Außendurchmesser
(AD) zu Wandstärke
(WD) ausbilden. Die erwähnten
Instabilitäten
der Ziehzwiebel werden somit umgangen.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
kann der Schacht relativ zu dem Einlauf für das schmelzflüssige Glas
bewegt werden. Zur Erzielung von runden Außenprofilen kann ferner vorgesehen
sein, dass das Glasrohr relativ zu dem Schacht gedreht wird.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Schacht so ausgelegt, dass auf
einer Innenumfangswand des Schachts ein Gaspolster ausgebildet ist,
um einen unmittelbaren Kontakt zwischen der Innenumfangswand des
Schachts und einer Außenumfangswand
des Glasrohrs zumindest abschnittsweise zu verhindern.
Weil
das Gaspolster einen unmittelbaren Kontakt der Glasschmelze mit
dem Wandungsmaterial des Schachts verhindert, kann das Glasrohr
mit vorteilhaft wenigen Verunreinigungen hergestellt werden. Weil
das Gaspolster einen unmittelbaren Kontakt der Glasschmelze mit
dem Wandungsmaterial des Schachts verhindert, kann das Glasrohr
mit vergleichsweise hohem Massedurchsatz hergestellt werden, was
die Herstellungskosten reduziert. Das Gaspolster wird dabei bevorzugt
mit einer vergleichsweise geringen Dicke von beispielsweise wenigen
10-tel Millimetern ausgebildet, sodass das Außenprofil des Glasrohrs im
Wesentlichen unmittelbar durch den Querschnitt des Schachts festgelegt
wird.
Somit
können
erfindungsgemäß Glasrohre
mit vordefinierten Außenprofilen
mit hoher Präzision
hergestellt werden.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung ein Überdruck-Erzeugungsmittel,
um das Gaspolster an der Innenumfangswand des Schachts mit einem Überdruck
auszubilden. Das Gaspolster bewirkt eine Rückstellkraft; die auf die Außenumfangswand
des Glasrohrs einwirkt und diese gleichmäßig einwärts drückt bzw. verformt. Hat der
Schacht beispielsweise einen kreisrunden Querschnitt, so wird die
Außenumfangswand
gleichmäßig radial
einwärts
gedrückt,
so dass sich automatisch ein Glasrohr mit einem kreisrunden Außenprofil
ergibt. Somit lassen sich erfindungsgemäß Glasrohre mit sehr gleichmäßigen, glatten
Außenoberflächen ausbilden.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist die Umfangswand des in dem Druckbehälter befindlichen Schachts
zumindest abschnittsweise aus einem porösen Material ausgebildet, sodass
ein Gas durch die Umfangswand in das Innere des Schachts hindurch
treten kann, um den Überdruck
des Gaspolsters zu erzeugen.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfasst das Überdruck-Erzeugungsmittel
einen Druckbehälter,
welcher den Schacht aufnimmt. Dabei wird zwischen einer Innenwand
des Druckbehälters
und der Außenwand
das Schachts ein Spalt ausgebildet, der mit einem unter einem Überdruck
stehenden Spülgas
befüllt werden
kann. Wird mit einem porösen
Schachtmaterial gearbeitet, kommuniziert der Spalt mit der Innenumfangswand
des Schachts, sodass auf der Innenumfangswand des Schachts das Gaspolster
ausgebildet werden kann.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird der Druckbehälter
kontinuierlich von einem Spülgas,
beispielsweise Stickstoff, Argon oder einem inerten Schutzgas, durchspült, wobei
der Druckbehälter
zumindest einen Spülgas-Einlass
und zumindest einen Spülgas-Auslass
umfasst, die mit der Innenumfangswand des Schachts kommunizieren
und so ausgelegt sind, um den Überdruck
des Gaspolsters durch Einströmen
eines Spülgases
in den Druckbehälter
einzustellen. Der Überdruck
kann dabei durch geeignete Wahl der Gasströmungsquerschnitte geeignet
vorgegeben werden. Das Gas dient der Kühlung des Schachtes und dem
Schutz des Schachtmaterials vor Oxidation.
Dabei
kann zumindest ein Spülgas-Auslass
des Druckbehälters
zumindest teilweise verschließbar sein,
um den Überdruck
des Gaspolsters einzustellen.
Das
Formgebungsmittel ist bevorzugt konzentrisch in dem Schacht angeordnet,
in welchem Fall das Glasrohr mit einem zentrosymmetrischen Innenprofil
versehen wird.
Selbstverständlich kann
das Formgebungsmittel auch in anderer als konzentrischer Weise koaxial
in dem Schacht angeordnet sein.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist das Formgebungsmittel als sich in Glasabziehrichtung vorzugsweise
kontinuierlich verjüngender,
länglicher
Dorn ausgebildet, ist also der Durchmesser des Dorns an einem stromabwärtigen,
unteren Ende kleiner ist als einem stromaufwärtigen, oberen Ende. Durch
die Formgebung des Dorns kann der Abriss der Glasschmelze von dem
vorderen Ende des Dorns präzise
vorgegeben werden. Der Dorn kann dabei konisch geformt sein, in
welchem Fall das Glasrohr beim Abziehen aus der Vorrichtung auch
um seine Längsachse
rotiert werden kann. Selbstverständlich
kann der Dorn auch eine nicht-kreisrunde Querschnittsgeometrie aufweisen,
in welchem Fall das Glasrohr auch ohne Rotation um seine Längsachse
geformt werden kann.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird auf einer Außenumfangswand
des Formgebungsmittels, insbesondere des länglichen Dorns, in der vorstehend
beschriebenen Weise ein weiteres Gaspolster ausgebildet, das vorzugsweise
unter einem gewissen Überdruck
zur Umgebung steht, um einen direkten Kontakt zwischen der Innenumfangswand
des Glasrohrs und der Außenumfangswand
des Formgebungsmittels zumindest abschnittsweise zu verhindern.
Vorteilhaft ist, dass die Glasschmelze mit noch weniger Strömungswiderstand
den Schacht durchlaufen kann, was zur Ausbildung noch gleichmäßiger geformter
Glasrohre vorteilhaft beiträgt.
Vorteilhaft ist ferner, dass mit der durch den Überdruck vorgebbaren Dicke
des Gaspolsters ein weiterer Parameter zur Verfügung steht, um in einfacher
Weise die Temperaturbedingungen bei der Erstarrung der Glasschmelze
und/oder bei der Formgebung des Glasrohrs geeignet einzustellen.
Weil der direkte Kontakt des Innenprofils mit dem Formgebungsmittel
verhindert ist, kann das Innenprofil auch sehr gleichmäßig ausgebildet
werden, denn das Gaspolster drückt
das Wandungsmaterial des Glasrohrs bzw. der Glasschmelze gleichmäßig auswärts, bei
einem kreisrunden Innenprofil beispielsweise radial auswärts.
Zum
Einstellen des Gaspolsters auf der Außenumfangswand des Formgebungsmittels
kann diesem ein Spülgas-Einlass
zugeordnet sein oder kann das Formgebungsmittel ein poröses Material
umfassen oder aus diesem zumindest abschnittsweise ausgebildet sein.
Der
Schacht der Vorrichtung stellt insgesamt einen länglichen, vergleichsweise schlanken
Hohlkörper dar,
d.h. einen Hohlkörper
mit einem vergleichsweise kleinen Öffnungsweitenzu-Länge-Verhältnis, das
bevorzugt deutlich kleiner als 1 ist, beispielsweise in dem Bereich
zwischen etwa 1/3 und 1/33 liegt.
Dieser
Schacht kann einen kreisrunden oder elliptischen Querschnitt aufweisen.
Weil das Glasrohr erfindungsgemäß gegossen
werden kann, kann der Schacht jedoch auch eine beliebige andere
nicht-runde Querschnittsgeometrie aufweisen, beispielsweise eine
dreieckförmige,
quadratische, rechteckförmige
oder polygonale Querschnittsgeometrie. Erfindungsgemäß lassen
sich somit Glasrohre mit beliebigen Außenprofilen präzise und
gleichmäßig ausbilden.
Die
Querschnittsgeometrie des Schachts kann erfindungsgemäß selbstverständlich mit
beliebigen Profilen des Formgebungsmittels kombiniert werden, so
dass sich somit Glasrohre mit beliebigen Innen- und Außenprofilen
präzise
und gleichmäßig ausbilden
lassen.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung ein einer Form des Glasrohrs angepasstes
Verschluss-Element (Anfänger),
um den Schacht vorübergehend
zu verschließen
und ein unkontrolliertes Hindurchfließen von Glas durch den Schacht
zu verhindern, beispielsweise beim Hochfahren der Vorrichtung. Das
Verschluss-Element ist in dem Schacht längsverschiebbar angeordnet
und kann nach Absenken desselben aus dem Schacht entnommen werden,
um die kontinuierliche Ausbildung von Glasrohren zu starten.
Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird auch ein
Verfahren zur Herstellung eines Glasrohrs, insbesondere ein kontinuierliches
Herstellungsverfahren, bereitgestellt bei welchem ein schmelzflüssiges Glas
in einen Schacht eingegossen wird, um das Außenprofil des Glasrohrs festzulegen, und über ein
sich koaxial im Inneren des Schachts erstreckendes Formgebungsmittel
fließt,
um das Innenprofil des Glasrohrs festzulegen, wobei das Formgebungsmittel
gekühlt
wird, sodass sich die Glasschmelze in dem Schacht zu dem Glasrohr
verfestigt.
Dabei
kann das schmelzflüssige
Glas in den Schacht mit einer Temperatur eingegossen werden, die einer
Viskosität
von kleiner als 107,5 dPas, bevorzugter
einer Viskosität
im Bereich von 10 dPas bis 105 dPas und
noch bevorzugter einer Viskosität
im Bereich von 102 dPas bis 105 dPas
entspricht, also insgesamt signifikant niedriger ist als bei den
vorgenannten herkömmlichen
Ziehverfahren. Dabei wird das schmelzflüssige Glas an dem Formgebungsmittel
auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Glases
abgekühlt
wird, sodass das Glasrohr das in den Schacht nachfließende schmelzflüssige Glas
geeignet abstützt, um
ein unkontrolliertes Hindurchfließen des nachfließenden schmelzflüssigen Glases
durch den Schacht zu unterbinden.
Auf
diese Weise lassen sich in einfacher und kostengünstiger Weise vorteilhaft homogene
und präzise Glasrohre
mit vergleichsweise hohen Wandstärken
ausbilden, da die Wandstärke
beim erfindungsgemäßen Gießen des
Glasrohrs nicht mehr durch die Ziehzwiebel und die Ziehparameter
von herkömmlichen
Ziehverfahren limitiert ist.
Gemäß einem
bevorzugten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung lässt sich
insbesondere ein Glasrohr mit einem Verhältnis von Außendurchmesser
(AD) zu Wandstärke
(WD) von kleiner oder gleich 0,1·AD/[mm] ausbilden, wobei
AD bzw. WD in der vorstehend anhand der 2 näher erläuterten
Konvention Größen darstellen
sollen, die den Außendurchmesser
(AD) bzw. die Wandstärke
(WD) des Glasrohrs jeweils in Millimetern angeben sollen. Dabei
kann der Außendurchmesser
des Glasrohrs größer oder
gleich 40 mm sein.
Ein
so hergestelltes Glasrohr mit einem geeigneten Innen- und Außenprofil
lässt sich
gemäß einem weiteren
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung als vorgeformtes Ausgangsmaterial
bzw. preform zur Herstellung eines Glasrohrs mit einem kleineren
Außendurchmesser
durch ein übliches
Wiederziehen verwenden.
Im
Gegensatz zu herkömmlichen
Glasrohr-Ziehverfahren, wie beispielsweise dem bekannten Danner-,
Vello- und DownDraw-Verfahren, sind Oberflächenspannungseffekte sowie
fließdynamische
Effekte, die bei herkömmlichen
Ziehdüsen
auftreten, beim Wiederziehen von vergleichsweise geringer Bedeutung.
Somit sind erfindungsgemäß eine große Vielfalt
unterschiedlichster Geometrien der Glasrohre möglich; hierunter fallen Geometrien
mit scharfen Ecken, sowie Geometrien mit besonders ausgeprägten konvexen
Einzügen
auf der Innenseite. Denn das Wiederziehen ist im Gegensatz zu den
herkömmlichen
Ziehprozessen direkt aus der Schmelze nicht gebunden an eine vergleichsweise
niedrige Ziehviskosität,
beispielsweise an eine Ziehviskosität von etwa 104 dPas.
Bei dieser Viskosität
ist das Glas gemäß den herkömmlichen
Ziehverfahren noch außerordentlich
gut verformbar, was herkömmlich
dazu führt,
dass das Glas dem Bestreben folgt, eine Minimaloberfläche (Kreisquerschnitt)
anzunehmen. Bei den herkömmlichen
Ziehverfahren werden deshalb scharfe Kanten, auch wenn sie in der
Düsen-
bzw. Nadelgeometrie vorgesehen werden, stark verrundet. Im Gegensatz dazu
sind erfindungsgemäß Glasrohre
mit vergleichsweise scharfen Ecken bzw. Kanten zugänglich.
Darüber hinaus
werden die Einzüge
des Glasrohrs erfindungsgemäß nach innen
auf der Rohrinnenseite weniger stark nach außen deformiert, so dass die
Anfälligkeit
zur Ausbildung eines weitgehend runden Innenraumes erfindungsgemäß wirksam
gemindert ist.
Ferner
ist es möglich
durch die Einbringung eines oder mehrer Formwalzen in den Verformungsbereich
das Rohr während
des Wiederziehschrittes umzuformen. So ist es zum Beispiel möglich aus
runden Preformrohren ovale oder gar rechteckige Rohre zu erhalten.
Dabei
kann das gegossene Glasrohr in eine Halte- und/oder Ziehvorrichtung
eingespannt, partiell erhitzt und dann auf den gewünschten
Außendurchmesser
oder die gewünschte
Abmessung gezogen werden.
Solchermaßen wiedergezogene
Glasrohre lassen sich für
technische Anwendungen einsetzen, beispielsweise in der bekannten
Weise als elektrisch-magnetische Bauelemente.
Wie
der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres entnommen werden kann,
besteht ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens
in seiner großen
Flexibilität.
So können
die gegossenen Rohre an verschiedenen Wannen mit unterschiedlichen
Gläsern
hergestellt werden. Diese Rohre mit Standardabmessungen können dann
nach Kundenspezifikation innerhalb von sehr kurzer Zeit auf die
Endgeometrie gezogen bzw. wiedergezogen werden. So sind kurze Lieferzeiten
möglich.
Im
Folgenden wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert werden,
woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden
und worin:
1 in
einem Querschnitt eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasrohren
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
2 in
einem schematischen Diagramm mit einem herkömmlichen Ziehverfahren hergestellt
Glasrohre mit Glasrohren vergleicht, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt sind.
Gemäß der 1 umfasst
die Vorrichtung einen länglichen
und vergleichsweise schlanken Schacht 9 und einen als Formgebungsmittel
wirkenden Dorn 10, der sich im Inneren des Schachts befindet
und koaxial zum Schacht 9 erstreckt. Die Schachtwand umfasst
bevorzugt ein hochtemperaturstabiles Material, beispielsweise Grafit,
BN, SiC und/oder Stahl.
Gemäß der 1 ist
der Schacht 9 in einem Druckbehälter 11 aufgenommen,
sodass in dem Ringspalt zwischen dem Schacht 9 und der
Innenumfangswand des Druckbehälters 11 ein
Spülgas
aufgenommen werden kann, um den Schacht 9 zu umgeben.
Von
oben ist in den Schacht 9 zentrisch ein koaxialer und konzentrischer
Dorn 10 eingebracht, der als Formgebungsmittel zum Festlegen
des Innenprofils des Glasrohrs 1 wirkt. Der Dorn 10 kann
aus dem Schacht 9 entnommen werden, beispielsweise zum
Hochfahren der Vorrichtung. Der Dorn 10 umfasst bevorzugt
ein hochtemperaturstabiles Material wie beispielsweise Grafit, BN,
SiC und/oder Stahl oder ist aus diesem ausgebildet. Besonders bevorzugt
ist der Dorn 10 ein Grafitdorn. Der Dorn 10 wird
koaxial von einem Kühlmittel durchflossen.
Kühlmittel
können
beispielsweise ein Gas, eine Flüssigkeit
wie Wasser oder ein Gas-Füssigkeits-Gemisch
sein.
Der
Dorn ist gemäß der 1 leicht
konisch ausgeführt,
wobei der untere bzw. stromabwärtige
Durchmesser kleiner als der obere bzw. stromaufwärtige Durchmesser ist.
Ist
der Konus zu klein, kann die Gefahr bestehen, dass das Glas auf
den Dorn aufschrumpft und der Prozess gestoppt werden muss.
Die
Umfangswand des Schachts
9 kann ein poröses Material enthalten, sodass
das Spülgas
aus dem Inneren des Druckbehälters
11 durch
die Umfangswand des Schachts
9 hindurch treten kann, um
auf der Innenumfangswand des Schachts
9 ein Gaspolster
auszubilden. Die Ausbildung eines Gaspolsters mithilfe eines porösen Wandungsmaterials
wird beispielhaft in der
US 4,546,811 beschrieben,
deren Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme ausdrücklich in
die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen sei. Poröses Material
im Sinne der Erfindung kann poröses
Grafit, poröses
Metall, poröse
Keramik und andere Hochtemperaturfeste poröse Materialien sein.
Gemäß einer
Ausführungsform
verhindert das Gaspolster einen direkten Kontakt zwischen dem Glas bzw.
Glasrohr und dem Schachtmaterial. Bevorzugt wird das Gaspolster
mit einem Überdruck
ausgebildet. Zu diesem Zweck kann Spülgas kontinuierlich über die
Spülgas-Einlässe 4 in
den Druckbehälter 11 einströmen und
können
die Spülgas-Auslässe 5 zumindest
teilweise versperrt sein, so dass in dem Druckbehälter 11 ein gewisser Überdruck
ausgebildet wird, der sich durch die Umfangswand des Schachts 9 auf
das Gaspolster überträgt.
Der
Schacht 9 kann prinzipiell jede Form einnehmen. Bevorzugt
ist der Schacht 9 konisch oder zylindrisch ausgeführt. Im
Falle eines zylindrischen Schachts wird somit ein Glasrohr mit einem
kreisförmigen
Außenprofil
ausgebildet.
Das
schmelzflüssige
Glas wird gemäß der 1 aus
einer Schmelzrinne, Schmelzwanne oder einem vergleichbaren Behälter oder
Glasspeisungsmittel (nicht abgebildet) durch eine Düse 8 am
oberen Rand des Schachts 9 in den Schacht 9 eingebracht.
Wie in der 1 schematisch dargestellt ist,
kann das schmelzflüssige
Glas in den Schacht 9 frei hineingegossen werden, sodass
unterhalb der Düse 8 und
am oberen Rand des Schachts 9 ein freier Meniskus ausgebildet
sein kann. Bevorzugt wird für
die Unterdrückung
von Kühlwellen
mit möglichst
hoher Temperatur gearbeitet. Die Temperatur darf aber auch nicht
zu hoch sein, da das Glas nach der Ausformung dann nicht fest genug
ist und sich nach der Formung weiter verformen kann. Die Glasschmelze
hat beim Eingießen
in den Schacht 9 vorzugsweise eine Temperatur, die einer
Viskosität
von 10–105 dPas, vorzugsweise 102 bis
105 dPas, entspricht und somit niedriger
ist als eine Viskosität
von etwa 107,5 dPas, die einer Erweichungstemperatur
des Glases entspricht.
Um
den Prozess zu starten, kann ein dem Glasrohr in der Form angepasster
Anfänger
(nicht gezeigt) benutzt werden, der als flächiges Verschluss-Element zum
vorübergehenden
Verschließen
des Schachts 9 wirkt. Dieser Anfänger kann in eine Dreh- und Verschiebeeinrichtung
so eingespannt sein, dass er von unten in den Schacht hineinragt.
Dieser Anfänger
verhindert, dass das Glas zu Beginn des Prozesses, beispielsweise
beim Hochfahren der Vorrichtung, durch den Schacht hindurchfließt, ohne
diesen zu füllen.
Sobald
sich ein ausreichender Glasfilm auf dem Anfänger gebildet hat, wird dieser
kontinuierlich abgesenkt, sodass der Auflaufmeniskus des Glases
möglichst
konstant bleibt. Sobald das Glasrohr lang genug ist, um von der
Vorschub- und Rotationseinrichtung aufgenommen zu werden, kann der
Anfänger
entfernt, beispielsweise seitlich herausgezogen, werden. Im Anschluss
kann der Prozess dann kontinuierlich betrieben werden. Dabei durchläuft das
Glasrohr 1 den Schacht 9 in der durch den Pfeil 6 angedeuteten
Vorschubrichtung. Hierzu ist es nicht unbedingt erforderlich, das
Glas aus dem Schacht 9 heraus zu ziehen, wie dies aus dem
Stand der Technik bekannt ist, wenngleich ein Ziehen, beispielsweise
zur Beschleunigung des Prozesses, durchaus angewendet werden kann.
Wie durch den Pfeil 7 angedeutet, kann das Glasrohr 1 bei
runden Geometrien während
der vorstehend beschriebenen Formgebung auch um seine Längsache
kontinuierlich gedreht werden.
Während des
Herstellungsprozesses fließt
aus dem Speiserohr, das mit der Düse 8 kommuniziert, kontinuierlich
Glas auf das Glasrohr bzw. rotierende Glasrohr auf. Das kontinuierlich
erzeugte Rohr kann danach in Teilstücke mit der gewünschten
Länge abgelängt werden.
Bei
der Verwendung des hier beschriebenen Verfahrens durchläuft das
Glas in sehr kurzer Zeit den für
die Kristallbildung und das Kristallwachstum kritischen Temperaturbereich.
Es ist daher möglich
auch Röhren
aus leicht kristallisierenden Gläsern
mit diesem Verfahren herzustellen.
Die
Anwendung des Verfahrens ist nicht auf runde Querschnittsgeometrien
beschränkt.
So können
mit diesem Verfahren beispielsweise auch Rohre mit rechteckiger
oder ovaler oder beliebiger freier Querschnittsform hergestellt
werden. In diesem Fall ist allerdings auf die Rotation des Glasrohres
zu verzichten.
Während des
Prozesses ist dabei sicherzustellen, dass sich der Querschnitt des
als Form wirkenden Schachts möglichst
vollständig
und gleichmäßig füllt. Dies
kann im Fall von nicht-runden Querschnittsformen auch durch eine
geeignete Form des Speisers bzw. der Düse 8 oder durch eine
Rotation und Translation des Schachtes 9 und des gegossenen
Rohres 1 erfolgen.
Wie
durch den mit dem in der 2 mit dem Dreieck dargestellten
beispielhaften Messpunkt angedeutet, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
Glasrohre mit Verhältnissen
AD/WD von kleiner als etwa 0,1·AD/[mm]
erzielen, wobei AD und WD in der vorstehend anhand der 2 eingeführten Konvention Größen repräsentieren,
die den Außendurchmesser
(AD) bzw. die Wandstärke
(WD) des gegossenen Glasrohrs in Millimetern angeben. Weitere Versuchsreihen
der Erfinder, die in der 2 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
dargestellt sind, haben diese Beobachtung bestätigt.
Die
mit dieser Vorrichtung hergestellten Glasrohre eignen sich besonders
zur Verwendung als Preformen (geeignet vorgeformte Ausgangsmaterialien),
um mittels eines zusätzlichen
Wiederziehprozesses Rohre mit kleinerem Durchmesser herzustellen.
Dabei kann mittels eines Druckunterschiedes zwischen der Rohrinnenseite
und der Rohraußenseite
auch ein anderes AD/WD-Verhältnis
(Außendurchmesser
zu Wandstärke) eingestellt
werden.
Aus
den so erzeugten Rohren lassen sich in einem anschließenden Wiederziehschritt
Rohre mit kleinerem AD und einem AD/WD-Verhältnis von größer oder
gleich dem entsprechenden Verhältnis
der Preform herstellen. Um dies zu erreichen, wird das gegossene
Glasrohr in eine Haltevorrichtung eingespannt, partiell erhitzt
und dann auf den gewünschten
Durchmesser AD gezogen. Dabei ändert
sich das Verhältnis
AD/WD in der Regel nicht. Das Verhältnis AD/WD lässt sich
aber über
eine Druckbeaufschlagung im Inneren des Rohres beeinflussen. So
ist es beispielsweise möglich
mit einem Innendruck pi, der größer ist
als der Außendruck
pa, aus einem Preformrohr mit AD/WD < 0,1·AD/[mm] ein Glasrohr mit
einem AD/WD Verhältnis
größer oder
gleich 0,1·AD/[mm]
zu erzeugen.