DE102008009811A1

DE102008009811A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur eines Glasrohformkörpers

Info

Publication number: DE102008009811A1
Application number: DE200810009811
Authority: DE
Inventors: Diether Böttger; Sonja NOWAK-BÖTTGER
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-08-20

Abstract

Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die ein effektives steuerbares Temperaturprofil an einem Glasrohrformkörper einer Dosier-Ziehnadel erlaubt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Aggregate Düsenring, Dosier-Ziehnadel mit dem Glasrohrformkörper a) durch einen NF-Wechselstrom und/oder b) durch ein MF/HF-Feld elektrisch beheizt werden. Hierdurch wird eine Entglasung auf den Aggregaten, die sich störend als Ziehstreifen auf den Glasröhren bemerkbar macht, vermieden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung bzw. Kontrolle der Temperatur, um mittels a) eines niederfrequenten Stromflusses durch die Wandung des Metalls des jeweiligen Aggregates, dieses direkt elektrisch zu beheizen, und b) in einer alternativen Ausführungsform die Aggregate, und zwar den Düsenring, die Dosier-Ziehnadel mit ihrem Glasrohrformkörper, durch ein MF/HF Feld induktiv elektrisch zu beheizen, wobei die elektrische Leistung mit Hilfe von Induktionsspulen auf das Metall übertragen wird. In beiden Fällen handelt es sich um eine elektrische Widerstandsheizung, die zur Vermeidung einer Entglasung auf dem Düsenring, der Dosier-Ziehnadel und/oder dem Glasrohrformkörper eingesetzt wird, um störenden Ziehstreifen, insbesondere bei der Herstellung von Glasröhren und/oder Glas-Zylinder mit einem Durchmesser von > 200 mm und Wandstärken von 2 bis 12 mm, und darüber, zu eliminieren.
Stand der Technik
Beim klassischen Sanzches-Vello-Verfahren ( US 2,009,793 ) wird eine vorbehandelte Glasschmelze im horizontalen (Vello-Verfahren) aber auch im vertikalen Verfahren (Down-Draw-Verfahren) zu Glasröhren bzw. Glaszylinder verarbeitet. Das Glas tritt aus einer am Boden des Speiserkopfes befindlichen Düse aus und bildet mit dem konischen Teil der Dosier-Ziehnadel das gewünschte Glasrohr. Es wird dann mittels einer Ziehmaschine horizontal bzw. vertikal nach unten gezogen, wobei es vorher noch eine Zone der Heizung bzw. Kühlung passiert.
Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen zur Vermeidung der Entglasung im Bereich des konischen Formkörpers vorgeschlagen worden. Gemäß der US 4,023,953 wird eine Dosier-Ziehnadel aus einem Platinmaterial, wie dies auch in der DE 100 16 108 beschrieben wird, eingesetzt. Der innere als auch der äußere Teil, der mit der Glasschmelze in Berührung steht, ist mit Platin verkleidet bzw. überzogen. Der Platinüberzug alleine kann aber eine Entglasung des Glases in den kritischen Bereichen des konischen Formkörpers nicht unterbinden. Die DE 101 41 586 beschreibt die Nachteile der zurzeit verwendeten Rohrziehnadeln. Der hohe Wärmeentzug im Konusbereich, führt zur Entglasung (Kristallisation), die auf den Glasröhren in Form von Ziehstreifen sichtbar werden, was wiederum unerwünscht ist und die Qualität mindert. Als Lösung wird vorgeschlagen das Entglasungsproblem so zu beseitigen, dass der Bereich des Formgebungskonus als hohles Teil ausgebildet wird, weil dadurch im Konusbereich ein geringerer Wärmeentzug entsteht. Die DE 10 2004 024 767 offenbart ein Formgebungswerkzeug zur Herstellung von Glasrohren, dadurch gekennzeichnet, dass der Emissionskoeffizient an der kritischen Stelle größer ist als in den übrigen Bereichen.
Nachteilig ist der Stand der Technik vor allem, dass in einem für die Qualität des herzustellenden Glasrohres oder Glaszylinders entscheidenden Bereiches, nämlich im Bereich der glasformenden Dosier-Ziehnadel eine Temperaturkontrolle bzw. Steuerung der Temperatur bisher nur unzureichend gelungen ist, um störenden Ziehstreifen zu vermeiden.
Aufgabenstellung
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu der Eingangs genannten Art so auszugestalten, dass ein gleichmäßiges steuerbares Temperaturprofil auf dem Düsenring, der Dosier-Ziehnadel und über den gesamten Durchmesser des konischen Glasrohrformkörpers, also dem Bereich, wo das Glas den Formkörper als Glasrohr verlässt, eingestellt wird, wodurch entstehende Kristallisation vermieden wird, insbesondere bei großen Glasrohr-Durchmessern, so dass auf den Glasröhren eine störende Optik vermieden wird.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein bestimmter Abschnitt einer Dosier-Ziehnadel aus Rohren besteht, die elektrisch beheizt werden, dass die Rohre aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt oder mit einem solchen Material beschichtet sind, wobei die elektrisch leitfähigen Rohrwandungen mit entsprechenden Stromanschlüssen ausgestattet sind und diese Anschlüsse unmittelbar mit einer Stromquelle verbunden sind und die Dosier-Ziehnadel direkt durch den Stromfluss durch ihre Wandung beheizt wird. Die entsprechende Stromquelle ist regelbar, so dass die gewünschte Heizleistung eingestellt werden kann. Zur Erfassung eines temperaturabhängigen Parameters kann erfindungsgemäß insbesondere der elektrische Widerstand der direkt beheizten Dosier-Ziehnadel selbst verwendet werden. Beide Rohre sind als direkt heizbare Rohre ausgestattet, wobei der Begriff „direkt heizbar" im Sinne der vorliegenden Anmeldung so zu verstehen ist, dass die Wärmeenergie unmittelbar durch Stromfluss in der Wand der Rohre erzeugt wird.
Bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der untere Abschnitt als doppelwandiges Rohr ausgebildet ist, d. h. als ein Rohr, bei dem sowohl die Innenwand als auch die Außenwand elektrisch leitfähige ist, wobei Innen- und Außenwand an einem Ende der Rohre, vorzugsweise an dem konischen Formkörper direkt, miteinander verbunden ist, im übrigen jedoch die beiden Rohrwände voneinander getrennt und elektrisch gegeneinander isoliert sind, wobei an dem anderen, vorzugsweise an dem oberen Ende der Dosier-Ziehnadel das Innenrohr und Außenrohr jeweils einen Stromanschluss aufweist. Verbindet man beide Stromanschlüsse mit einer Stromquelle, so sind Innenwand und Außenwand des Rohres elektrisch in Reihe hintereinander geschaltet. Zwischen Innen- und Außenwand kann entweder ein entsprechender Luftspalt bzw. Vakuum oder auch ein Isoliermaterial, z. B. ein Keramikrohr, vorgesehen sein. Das doppelwandige Rohr kann beispielsweise auch dadurch hergestellt werden, dass ein entsprechendes isolierendes Keramikrohr innen und außen mit einem leitfähigen Material in Flammspritztechnik (Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung) beschichtet wird, wobei die Beschichtung auch über den stromabwärtigen konischen Glasrohrformkörper hinweg verläuft, so dass Innen- und Außenwand des doppelwandigen Rohres in diesem Bereich miteinander verbunden sind. Am entgegengesetzten Ende müssen dann noch Innenwand und Außenwand mit jeweils getrennten Stromanschlüssen versehen werden.
Als Ausgangsmaterial für die Wandstärke der Rohre der Dosier-Ziehnadel und ihrem Glasrohrformungskörper, ist der reine Werkstoff Platin, wegen der relativ geringen Festigkeit, besonders für den Einsatz bei Belastung unter hoher Temperatur, ungeeignet, da es im Gefüge zu starker Grobkornausbildung und zur Kornverschiebung entlang der vergrößerten Korngrenzen kommt, was wiederum zu einer Reduktion der Hochtemperaturfestigkeit und der Standzeit der eingesetzten Aggregate führt.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das verwendete Material für die zu beheizenden Aggregate bzw. Wandstärken der Aggregate aus einer dispersionsverstärkten Platin-Legierung besteht, die auch bei den hohen Temperaturen einer Glasschmelze nicht mit dem Glas reagiert. Die Einbringung einer gewissen Menge eines stabilen und gleichmäßig in der Matrix verteilten Oxids, als Legierungskomponente, führt zur Härtung des Ausgangsmaterials. Diese Fixierung der Korngrenzen mit der daraus resultierenden Verhinderung der Grobkornbildung führt zur Feinkornstabilisierung. Um Platin-Eigenschaften zu verbessern, werden dispersionsverstärkte Platin-Legierungen z. B. Platin/Zirkondioxid und/oder Yttriumoxid sowie Platin/Rhodium/Zirkondioxid und/oder Yttriumoxid eingesetzt, wobei selbstverständlich auch andere Legierungszusätze gewählt werden können, wie z. B. mit Zusätzen von Iridium oder Gold. Folgende Verbesserungen der Eigenschaften werden durch diese Platin-Super-Legierungen erreicht:

– Feine, gerichtete Langkornstruktur
– Verbesserte Hochtemperaturfestigkeit
– Verbesserte Zeitstandsfestigkeit
– Verbesserte Vickershärte
– Reduzierter Kriechwiderstand
– Verbesserte Korrosionsfestigkeit

Alternativ zur Verwendung von dispersionsverstärkten Platin-Legierungen kommen für die Oberflächen der widerstandsbeheizten Rohre, bzw. Kanäle, konische, flache oder gewölbte Bleche aus Rhodium, Palladium, Ruthenium, Iridium, Osmium, Wolfram oder Gold oder Legierungen hieraus in Frage. Bevorzugt verwendet man auch als Material für die Rohrwandungen der Aggregate Iridium oder eine Iridium-Platinlegierung, z. B. eine Ir/Pt Legierung mit typischerweise 5–30% Iridiumanteil und entsprechend 70–95% Platinanteil, wobei selbstverständlich kleinere Iridiumanteile, ohne weiteres verwendet werden können. Die Legierungen mit Iridium und die durch Mischkristallbildung erhaltene Härtungen können jedoch eine Grobkornbildung und das daraus resultierende Korngrenzwachstum nicht verhindert. Allerdings ist bei einer Legierung mit den oben genanten Oxiden ebenfalls eine Feinkornstruktur zu erwarten.
Grundsätzlich können jedoch auch hochtemperaturfeste Stähle, sowie Produkte aus den Werkstoffen Molybdän, Wolfram oder sonstige Superlegierungen, die gegebenenfalls bei hohen Temperaturen vor einer Oxydation zu schützen sind, eingesetzt werden. Im Weiteren wäre es grundsätzlich auch möglich, eine elektrisch leitfähige und genügend hitzebeständige Keramik zu verwenden, wie zum Beispiel Karbide, Boride, Nitride und Desilizide oder verschiedene Übergangsmetalle, wie Wolfram, Titan, Tantal oder Zirkon.
Insbesondere ein gewisser Abschnitt der doppelwandigen Ausführung der Dosier-Ziehnadel hat den Vorteil, dass eine direkte Heizung der Rohrwandung über die gesamte Länge der Dosier-Ziehnadel hinweg möglich ist, wobei durch die Hintereinanderschaltung von Außenwand und Innenwand beide Stromanschlüsse von Innenrohr und Außenrohr außerhalb des Glasbereiches und vorzugsweise in der Nähe des stromaufwärtigen Endes der Dosier-Ziehnadel gelegt werden können.
Das Außenrohr als auch das Innenrohr können in axialer Richtung des Rohres variierende Wandquerschnitte haben und gegebenenfalls zum Ausgleich von Wärmedehnung umlaufende Sicken oder andere Ausdehnungsvorrichtungen ausweisen. Bei einem aufgrund der Reihenschaltung fest vorgegebenen Strom, der entlang der gesamten Strecke immer gleich ist, kann lokal die Heizleistung erhöht werden, was einfach durch entsprechende Anpassung der Wandstärken bzw. des Gesamtquerschnittes erfolgt. Wegen der Wärmeverluste am konische Formkörper benötigt man beispielsweise mehr Heizleistung als an den vertikalen Abschnitten der Dosier-Ziehnadel, so dass hier die Wandquerschnitte kleiner gewählt werden können, um den Widerstand R zu erhöhen und damit die dort bewirkte Zusatzheizung zu steigern. Desgleichen kann auch in Umfangsrichtung die Wandstärke variieren, weil beispielsweise auf der dem Glaseinlauf in die Ziehzelle zugewandten Seite der Ziehnadel sich höhere Temperaturen einstellen als auf der gegenüberliegenden Seite.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die elektrisch leitfähige Dosier-Ziehnadel, bevorzugt der Glasrohrformungskörper mittels eines im Wesentlichen horizontal verlaufenden magnetischen Wechselfeld erwärmt. Als Energiequelle für die Einspeisung des Düsenringes und/oder des konischen Glasrohrformungskörpers, kommen statische Frequenz-Umrichter und Umformer zum Einsatz. Der rotierende Umformer ist ein über eine starre Welle gekoppelter Motorgenerator, der Leistung bei einer konstanten Frequenz abgibt. Der entscheidende Nachteil des rotierenden Umformers ist der geringe Wirkungsgrad (65%) im Vergleich zum Frequenz-Umrichter dessen Wirkungsgrad bei 90% liegt. Die entsprechende Stromquelle ist selbstverständlich regelbar, so dass die gewünschten Heizleistungen eingestellt werden können. Zweckmäßigerweise sind Einrichtungen zur Erfassung eines temperaturabhängigen Parameters an dem betreffenden Formkörper vorgesehen.
Da es sich bei der Induktionsheizung um eine elektrische Widerstandsheizung handelt, muss wie schon erwähnt eine Anpassung der Wandstärke der Aggregate, bevorzugt im Bereich des konischen Glasformungskörpers, erfolgen. Wenn der konische Formkörper am oberen und unteren Ende die gleiche Wandstärke aufweist, nimmt der Formkörper dann in seinem oberen Teil wesentlich mehr Energie pro Längeneinheit auf als im unteren Teil, d. h. er nimmt im oberen Bereich eine höhere Temperatur an als unten. Eine derartige Temperaturverteilung ist nur bedingt erwünscht. Gemäß der Erfindung ist die Wandstärke des aus Widerstandsmaterial bestehenden konischen Formkörpers verschieden gewählt. Soll die erzeugte Wärmemenge in verschiedenen Abschnitten des konischen Glasrohrformungskörpers unterschiedliche sein, so wird man die Wandstärke so wählen, dass sich eine entsprechende Wärmeverteilung ergibt.
Bevorzugt ist eine Ausführungsform bei der der Düsenring und der konische Glasrohrformkörper der Dosier-Ziehnadel, die aus einer dispersionsverstärkter Platin-Legierung bestehen, innerhalb einer Induktionswicklung (Spule) liegen und zweckmäßig von solchen Abmessungen sind, das der Düsenring und der konische Bereich der Dosier-Ziehnadel leicht erhitzt werden kann. Die Induktionsströme werden durch eine Spule zur Wirkung gebracht, die z. B. aus isolierten Kupferröhren bestehen und mittels Wasser oder Luft gekühlt werden, wobei die Spule aus einer oder einer Mehrzahl von Windungen bestehen kann. Bevorzugt ist, dass wenigsten eine der zur Erwärmung des Düsenringes und/oder des konischen Glasrohrformkörpers dienenden Spule in der Höhenrichtung beweglich angeordnet ist. Als Energiequelle werden statische Mittelfrequenz Umrichter mit MF-Nennleistungen von < 10 bis 100 kW und darüber, sowie einer Arbeitsfrequenz von 1 bis 10 kHz, bevorzugt 3 bis 7 kHz, eingesetzt. Grundsätzlich sind auch Hochfrequenz Umrichter mit > 10 kHz einsetzbar.
In den bevorzugten Ausführungsformen kann das Temperaturprofil über den gesamten Bereich der Dosier-Ziehnadel, besonders im Bereich des konischen Glasrohrformkörpers genau eingestellt und damit auch die Viskosität über den gesamten Bereich genau eingestellt werden, so dass auf den Glasröhren eine Kristallisation, bzw. störende Optik, vermieden wird.
Ausführungsbeispiel
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie der dazugehörigen Figuren deutlich.
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch eine Glasrohr-Ziehzelle mit der dazugehörigen doppelwandigen Dosier-Ziehnadel.
2 einen Schnitt durch den unteren Teil einer Down-Draw-Glasrohrformungsanlage mit einer Dosier-Ziehnadel und einer Induktionszelle.
In 1 erkennt man im Schnitt eine entsprechende Glasrohr-Ziehzelle 1 mit einem Einlaufrohr 2, durch den die Glasschmelze 3 eintritt. Die Glasschmelze durchfließt die Glasrohr-Ziehzelle 1 in vertikaler Richtung von oben nach unten. Zentrisch in der Glasrohr-Ziehzelle befindet sich die doppelwandige Dosier-Ziehnadel 5, mit dem doppelwandigen Glasohrformkörper 7. Die Glasrohr-Ziehzelle 1 besitzt am Boden eine Öffnung und wird durch eine direkt elektrisch beheizte Düse 4 begrenzt, aus der die Glasschmelze austritt und mittels eines Glasrohrformkörpers 7 zu einem Glasrohr 15 geformt wird. Grundsätzlich steht der Durchmesser der Düse 4 im Verhältnis zu dem Glasrohrformkörper 7, weil sich daraus die Wanddicke der Glasröhren ergeben. Dies lässt sich anhand eines Beispieles dokumentieren: Wird ein Düsen-Durchmesser (DD) von 120 mm und ein Glasrohrformkörper (DF) mit einem Durchmesser von 100 mm gewählt, so stellt man ein Glasrohr im Down-Draw Rohrziehver fahren her, das eine Wanddicke t 2,0 bis 3,5 mm aufweist. Die vorliegende Erfindung kann so ausgelegt sein, dass ein Verhältnis des Düsen-Durchmessers DD zu dem Durchmesser des Formkörpers DF im Bereich von 0,5 bis 2,0 liegt.
In der dargestellten Ausführungsform bestehen die Elemente 1, 2 und 4, welche mit dem geschmolzenen Glas in Kontakt treten, aus Platin oder einer Platinverbindung, vorzugsweise aus einer dispersionsverstärkten Platinlegierung oder einer dispersionsverstärkten Platin-Rhodium-Legierung und sind direkt elektrisch beheizbar. Zweckmäßigerweise sind die zylindrischen und/oder elliptischen Rohre der Glasrohr-Ziehzelle 1, des Einlaufrohres 2 sowie der Düse 4 mit einem Durchmesser von 5,0 bis zu 60 cm, sowie Wandstärken (t) von 0,4 bis 2 mm und einer Länge (L) von 3 bis 150 cm versehen. Es ist bevorzugt, dass der Wert (L/t) der durch Dividieren von (L) durch die Wandstärke (t) entsteht, im Bereich von 15 bis 3000 liegt.
Unterhalb der elektrisch beheizten Düse 4 ist zentrisch der doppelwandige konische Glasrohrformkörper 7 der doppelwandigen Dosier-Ziehnadel 5 angeordnet, wobei dieser mit der Düse einen Ringspalt bildet durch welchen die Glasmenge strömt. Der konische Formkörper 7 besteht aus einem großen 7a bzw. einem kleineren 7b Durchmesser, über den die Glasschmelze 3 abläuft und zu einem Glasrohr 15 ausgebildet wird. Grundsätzlich steht der konische Glasrohrformkörper 7 (DF) im Verhältnis zum Durchmesser eines Glasrohres 15 (DG). Beispielsweise können mit einem konischen Formkörper (DF) von 300 mm Durchmesser, Glasrohre/Glaszylinder (DG) mit einem Durchmesser von 250 mm im Down Draw Prozess hergestellt werden. Es ist bevorzugt, dass der Wert (DF/DG), der durch Dividieren von (DF) durch (DG) entsteht, im Bereich von 1,0 bis 5,0 liegt. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der kleinste Durchmesser des konischen Formkörpers 7b (DKF) hier im Beispiel mit 300 mm angenommen, so ausgelegt ist, dass ein Verhältnis zu dem größten Durchmesser des konischen Formkörpers 7a, (DGF) beispielsweise 320 mm, im Bereich von 0,7 bis 0,99 liegt.
Nach dem Austritt der Glasschmelze 3 aus der Düse 4 ist ferner eine Muffel 12 installiert, um dem Glas, das über den konischen Formkörper 7 fließt, von außen die benötigte Wärme und/oder Kühlung aufzuzwingen. Es sind daher Einrichtungen zum Kühlen bzw. Heizen des sich verfestigenden Glasrohres 15 unmittelbar unterhalb der elektrisch beheizten Düse 4 vorgesehen. Auch werden Vorrichtungen 20 zum Einblasen von Kühlluft in ein Kastenprofil oder segmentweise Anordnung von Wasserkühlung und/oder elektrischer Kanthal Heizung für große Glasrohr-Durchmesser 15 vorgesehen. Um Zugluft von außen zu unterbinden ist die Muffel am Boden durch eine Irisblende 13 verschließbar. Wie man erkennt, ist der untere Bereich der Dosier-Ziehnadel 5 doppelwandig ausgebildet und weist eine axiale Innenbohrung 6 auf, die mit Stabilisierungseinheiten 14 unterteilt ist. Die Innen- 5a und Außenwand 5b besteht aus dispersionsverstärkten Platin-Legierungen, Platin/Zirkonoxid und/oder Yttriumoxid, sowie Legierungen aus Platin/Rhodium/Zirkonoxid und/oder Yttrium. Diese Legierungen haben den Vorteil, dass diese auch bei hohen Temperaturen eine genügende Festigkeit aufweisen. Im Hinblick auf die Festigkeit, die für die Dosier-Ziehnadel mit dem angeschlossenen konischen Glasrohrformkörper erforderlich ist, weisen die Wanddicken (t) 5,0 mm oder weniger auf, bevorzugt zwischen 1,0 bis 3,0 mm.
Die axiale Innenbohrung 6 der Dosier-Ziehnadel 5 steht im Verhältnis zum Durchmesser des konischen Formkörpers 7. Beispielsweise kann der Durchmesser für eine axiale Innenbohrung (DAI) 40 mm aufweisen, so dass in diesem Fall der konische Formkörper 7a (DKF) einen Durchmesser von 150 mm betragen kann. Bevorzugt ist, dass der Wert (DAI/DKF), der durch Dividieren von (DAI) durch (DKF) entsteht, im Bereich von 0,08 bis 0,5 liegt. Vorzugsweise hat der Außendurchmesser der Dosier-Ziehnadel 5 gegenüber der axialen Innenbohrung 6 einen um 10 bis 100 mm größeren Wert.
Das Innen- 5a und Außenrohr 5b ist jeweils am stromabwärtigen Ende miteinander verbunden bzw. zusammenhängend, während sie im Übrigen voneinander getrennt sind, beispielsweise durch eine keramische Isolierschicht, gegebenenfalls aber auch einfach durch Luft oder ein Vakuum. Das Außenrohr 5b der doppelwandigen Dosier-Ziehnadel 5 weist einen Stromanschlussflansch 8 auf, und das Innenrohr 5a weist einen entsprechenden Stromanschlussflansch 9 auf. Der obere Abschnitt der Dosier-Ziehnadel 5, welcher einen Anschlussflansch aufweist, ist nur einwandig ausgebildet. Zwischen die Stromanschlussflansche 8 und 9 ist eine Stromquelle 10 in Form eines Hochstromtransformators geschaltet. Das doppelwandige Metallrohr der Dosier-Ziehnadel 5 wird selbst als stromgespeistes Element herangezogen, in dem das doppelwandige Edelmetallrohr als Widerstand in einen Niederspannungsstromkreis eingeschaltet wird. Die entsprechende Stromquelle ist selbstverständlich regelbar, so dass die gewünschten Heizleistungen eingestellt werden können. Zweckmäßigerweise sind Einrichtung zur Erfassung mindestens eines temperaturabhängigen Parameters der Glasschmelze und/oder der betreffenden Rohre vorgesehen, wobei dieser Parameter als Rückkopplungsparameter zur Einstellung der Heizleistung in der doppelwandigen Dosier-Ziehnadel dient. Nach einem weiteren Parameter kann erfindungsgemäß insbesondere der elektrische Widerstand 11 des doppelwandigen Rohres selbst verwendet werden.
Eine der Besonderheiten der vorliegenden Erfindung liegt also in der Variation des Gesamtquerschnittes der Rohrwandung in axialer und/oder umfänglicher Richtung. Dadurch kann das Temperaturprofil über den gesamten Durchmesser des doppelwandigen konischen Formkörpers 7 genau eingestellt und damit auch die Viskosität über den gesamten Durchmesser, so dass auf den Glasröhren eine Kristallisation, bzw. störende Optik, vermieden wird. Obwohl der unmittelbare Bereich der Abrisskante 7b des doppelwandigen Formkörpers 7 als Bezugspunkt für eine Entglasung verantwortlich gemacht wird, kann die Erwärmung des konischen Formkörpers 7, auch leicht oberhalb der Abrisskante erfolgen.
Eine andere Ausbildung der Erfindung zeigt, in beiden Fällen handelt es sich um eine elektrische Widerstandsheizung, in 2 eine Vorrichtung nach einer weiteren Neuerung, die zum Erwärmen des elektrisch leitfähigen Düsenringes 4 und/oder Erwärmen des elektrisch leitfähigen Glasrohrformkörpers 7 an einer Glasrohrziehanlage verwendet wird. Zu erkennen ist im Schnitt das untere Ende einer Glasrohr-Ziehzelle 1 mit der darin befindlichen Glasschmelze 3. Die Glasschmelze durchfließt die Glasrohr-Ziehzelle 1 von oben nach unten. Zentrisch in der Glasrohr-Ziehzelle befindet sich die Dosier-Ziehnadel 5, mit dem Glasrohrformkörper 7. Die Glasrohr-Ziehzelle 1 besitzt am Boden eine Öffnung, woran sich eine Düse 4 anschließt, aus der die Glasschmelze austritt und mittels eines Glasrohrformkörpers 7 zu einem Glasrohr 15 geformt wird.
Für die hier beschriebenen Aggregate 4 und 7 wird die Wärme direkt an dem elektrisch leitfähigen Material, bevorzugt bestehend aus dispersionsverstärkten Platin-Legierungen, Platin/Zirkonoxid und/oder Yttriumoxid, sowie Legierungen aus Platin/Rhodium/Zirkonoxid und/oder Yttrium, alternativ dazu Iridium oder Legierungen aus Iridium, durch ein Induktionsfeld erzeugt, wodurch eine optimale Umsetzung der elektrischen Energie erreicht wird. Für den Erwärmungsvorgang ist eine möglichst gleichmäßige Metallwandstärke der Aggregate 4 und 7 anzustreben. Jeder Dickenunterschied der Wandstärke bewirkt unterschiedlichen elektrischen Widerstand und unterschiedliche Temperaturen. Als Energiequelle für die Einspeisung des Düsenringes 4 und/oder des konischen Glasrohrformkörpers 7, kommen Umrichter mit Thyristoren als schnellwirkende Schalter, die die netzfrequente Leistung in mittelfrequente Leistung umformen, zum Einsatz. Die Erwärmung der Aggregate 4 und 7 kann durch ein MF oder auch HF Feld erfolgen.
Unterhalb des Düseringes 4 ist zentrisch der konische Glasrohrformkörper 7 der Dosier-Ziehnadel 5 angeordnet, wobei dieser mit der Düse 4 einen Ringspalt bildet, durch welchen die Glasmenge 3 gesteuert wird. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Düsenring 4 und der Glasrohrformkörper 7 einer Dosier-Ziehnadel innerhalb einer Induktionszelle 22 mit einer äußeren Wärmisolation 16 und den dazugehörigen Induktionswicklungen 17 liegt und zweckmäßig von solchen Abmessungen ist, dass der Bereich der beschriebenen Aggregate erhitzt werden kann. Zwischen den Spulen 17 und dem Aggregat 7 ist zweckmäßigerweise eine Isolation 21 angebracht. Die Induktionsströme werden durch eine oder mehrere Spulen 17, die übereinander angeordnet sein können und in der Höhenrichtung beweglich sind, zur Wirkung gebracht, wobei die Spulen 17 vorzugsweise aus isolierten Kupferröhren mittels Wasser oder Luft gekühlt werden. Die Spulen besitzen zwei oder mehr Stromzuführungsflansche 18, die wiederum mit einem Hochstromkabel verbunden sind, wobei diese aus wassergekühlten Schlauchkabeln bestehen können, die dann mit einem Umrichter verbunden sind. Durch die Aufteilung in ein oder mehrere Teilspulen können auch Ströme verschiedener Phasen gespeist werden.
Die Einspeisung durch ein MF/HF Feld 19 erlaubt eine feinfühlige Einstellung der Leistung. Zweckmäßigerweise sind Einrichtungen zur Erfassung eines temperaturabhängigen Parameters an den betreffenden Aggregaten 4 und 7 vorgesehen, wobei diese Parameter als Rückkopplungsparameter zur Einstellung der Heizleistung an der Düse 4 und des konischen Glasrohrformkörpers 7 dienen. Unterhalb der Induktionsspule ist gegebenenfalls eine Kühleinrichtung 20 zum kühlen mittels Luft/Pressluft oder Wasser vorzusehen, um das sich verfestigende Glasrohr 15 entsprechend abzukühlen. Um Zugluft von außen zu unterbinden ist die Induktionszelle 22 am Boden durch eine Irisblende 13 verschließbar.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellung mit anderen, der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtli cher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.

1: Glasrohr-Ziehzelle
2: Einlaufrohr
3: Glasschmelze
4: Düsenring, Düse
5: Dosier-Ziehnadel
5a: Innenrohr
5b: Außenrohr
6: Axiale Innenbohrung
7: Glasrohrformkörper, Konischer Formkörper
7a: Größter Durchmesser Formkörper
7b: Kleinster Durchmesser Formkörper
8: Stromanschlussflansch
9: Stromanschlussflansch
10: Stromquell
11: Widerstandsmessung
12: Muffel
13: Irisblende
14: Stabilisierungseinheiten
15: Glasrohr
16: Wärmeisolation
17: Induktionsspule
18: Stromzuführungsflansche
19: MF/HF Anschluss
20: Kühleinrichtung
21: Isolation
22: Induktionszelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2009793 [0002]
- US 4023953 [0003]
- DE 10016108 [0003]
- DE 10141586 [0003]
- DE 102004024767 [0003]

Claims

Verfahren zur Steuerung bzw. Kontrolle der Temperatur bei der Herstellung von Glasröhren nach dem Vello- oder Down-Draw-Verfahren, bei welchem eine Glasschmelze (3) in eine Glasrohr-Nadelzelle (1) und von dieser dosiert durch einen Düsenring (4) auf eine Dosier-Ziehnadel (5) überführt wird, wobei die Dosier-Ziehnadel (5) mit ihrem konischen Glasrohrformkörper (7) beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung der Dosier-Ziehnadel (5) mit angeschlossenem Glasrohrformkörper (7) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht und die Beheizung durch Stromfluss in dem elektrisch leitfähigen Wandmaterial erfolgt.
Verfahren zur Steuerung der Temperatur bei der Glasrohrherstellung, wobei die Düse (4) und der konische Glasrohrformkörper (7) beheizt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (4) und der Glasrohrformkörper (7) aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen und die Beheizung durch Induktionsströme durch die stromleitende Wandung der Aggregate 4 und 7 erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wandung der Dosier-Ziehnadel (5) mit angeschlossenem Glasrohrformkörper (7) dispersionsverstärkte Platin-Legierungen, Platin/Zirkonoxid und/oder Yttriumoxid, oder eine dispersionsverstärkte Legierungen aus Platin/Rhodium/Zirkonoxid und/oder Yttrium verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wandung der Dosier-Ziehnadel (5) mit angeschlossenem Formkörper (7) Iridium oder eine Legierungen aus Iridium, sowie dispersionsgehärtetes Iridium/Platin/Zirkonoxid und/oder Yttriumoxid, alternativ dazu eine Legierung aus Iridium/Zirkonoxid und/oder Yttriumoxid verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Dosier-Ziehnadel (5) mit angeschlossenem konischen Formkörper (7) doppelwandiges Rohrmaterial verwendet wird, wobei Innenwand (5a) und Außenwand (5b) des doppelwandigen Rohres nur an einem Ende (7b) elektrisch miteinander verbunden sind und im übrigen durch eine Isolationsschicht getrennt sind, wobei Innen- und Außenwand an dem anderen Ende des Rohres mit getrennten Stromanschlüssen (8, 9) verbunden sind, so dass Innen- und Außenwand in Reihenschaltung von einem Heizstrom durchflossen werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Widerstand der Aggregate (4, 5 und 7) als Parameter zur Einstellung der Heizleistung verwendet wird.
Vorrichtung zur Temperatursteuerung bei der Glasrohrherstellung nach dem Vello- oder Down-Draw-Verfahren mit einer Vorbehandlungseinrichtung, z. B. einer Glasrohr-Nadelzelle (1) und Auslaufdüse (4), und Muffel (12), sowie einer Dosier-Ziehnadel (5) mit angeschlossenem konisch ausgebildetem Glasrohrformkörper (7), wobei die Dosier-Ziehnadel (5) mit ihrem angeschlossenen Glasrohrformkörper (7) beheizbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Dosier-Ziehnadel (5) mit konischem Glasrohrformkörper (7) aus einem elektrisch leitfähigen, temperaturbeständigen Material besteht und mit Anschlüssen (8, 9) zum Hindurchleiten von Strom durch das elektrische leitfähige Rohrmaterial hindurch, versehen ist, um die Dosier-Ziehnadel (5) mit konischen Formkörper (7) durch elektrischen Stromfluss direkt zu beheizen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosier-Ziehnadel (5) mit angeschlossenem konischen Formkörper (7) als doppelwandiges Rohr ausgebildet ist, wobei die Innenwand (5a) und Außenwand (5b) der Rohre am stromabwärtigen Ende des jeweiligen Rohres miteinander verbunden sind und im übrigen durch eine Isolierschicht getrennt sind, wobei die Innen- und Außenwand am anderen Ende des Rohres voneinander getrennt elektrische Stromanschlüsse (8, 9) aufweisen, so dass bei Verbindung der getrennten Stromanschlüsse mit einer Stromquelle Außenwand 5b und Innenwand 5a des Rohres elektrisch hintereinander in Reihe geschaltet sind.
Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur bei der Glasrohrherstellung, mit einer Düse (4) und einem konisch ausgebildeten Glasrohrformkörper (7), wobei diese beheizt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (4) und der konische Glasrohrformkörper (7) aus elektrisch leitfähigen Material bestehen und die Beheizung durch eine außerhalb der beschriebenen Aggregate (4) und (7) liegende Induktionswicklung erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (4) und der konische Formkörper (7) mit Mittelfrequenz Wechselstrom von 1 bis 10 kHz, bevorzugt 3 bis 7 kHz elektrisch beheizbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (4) und der konische Formkörper (7) mit Hochfrequenz Wechselstrom > 10 kHz elektrisch beheizbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten eine der zur Erwärmung des Düsenringes (4) und des konischen Formkörpers (7) dienende Spule (17) in der Höhenrichtung beweglich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspulen (17) mit Stromzuführungsflanschen (18) versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Aufteilung in ein oder mehrere Spulen auch Ströme verschiedener Phasen eingespeist werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosier-Ziehnadel und der konische Formkörper Wanddicken (t) von 5,0 mm oder weniger aufweisen, bevorzugt zwischen 1,0 bis 3,0 mm.
Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Wandmaterial des Düsenringes (4), der Dosier-Ziehnadel (5) mit angeschlossenem Formkörper (7) aus einer dispersionsverstärkten Platin-Legierungen, Platin/Zirkonoxid und/oder Yttriumoxid, sowie einer dispersionsverstärkten Legierungen aus Platin/Rhodium/Zirkonoxid und/oder Yttrium, besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 7–16, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Wandmaterial des Düsenringes (4), der Dosier-Ziehnadel (5) mit angeschlossenem Formkörper (7) aus Iridium oder einer Legierung aus Iridium, sowie dispersionsgehärtetem Iridium/Platin/Zirkonoxid und/oder Yttriumoxid, alternativ dazu einer Legierung aus Iridium/Zirkonoxid und/oder Yttriumoxid besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 7–17, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Wandmaterial der Dosier-Ziehnadel (5) und des konischen Formkörpers (7) aus einer elektrisch leitfähigen, direkt heizbaren Keramik besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 7–18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der inneren oder äußeren Flächen der Dosier-Ziehnadel (5) und des konischen Formkörpers (7) durch Aufspritzen eines Belages aus Edelmetall in Flammspritztechnik oder Plasmatechnik gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtquerschnittsfläche einer Rohrwandung (5a, 5b) in axialer Richtung des Rohres variiert.
Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Wandquerschnitt der Dosier-Ziehnadel (5) durch Änderung des Rohrdurchmessers bei im wesentlich gleicher Wandstärke variiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des konischen Formkörpers (7) derart verschieden gewählt ist, dass er in axialer Richtung überall den gleichen Querschnitt oder einen entsprechend einer vorbestimmten Verteilung der erzeugten Wärme abgestuften Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7–22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Rohre der Dosier-Ziehnadel (5) in Umfangrichtung variiert.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert (DD/DF), der durch Dividieren Durchmesser Düse (4) (DD) durch Durchmesser Formkörper (7) (DF) erhalten wird und bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2,0 liegt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert (DF/DG), der durch Dividieren Durchmesser Formkörper (7) (DF) durch Durchmesser Glasrohr (15) (DG) erhalten wird, im Bereich von 1,0 bis 5,0 liegt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert (DKF/DGF), der durch Dividieren des kleinsten Durchmesser (7b) des konischen Formkörpers (7) (DKF) durch den größten Durchmesser (7a) des Formkörpers (DGF) erhalten wird und bevorzugt im Bereich von 0,7 bis 0,99 liegt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert (DAI/DKF), der durch Dividieren Durchmesser axialer Innenbohrung (6) (DAI) durch Durchmesser konischer Formkörper (7a) (DKF) erhalten wird und bevorzugt im Bereich zwischen 0,08 und 0,5 liegt.