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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konstant-Regelung der Qualität des Herstellungsprozess einer Glasbaugruppe. Die Erfindung betrifft weiter eine entsprechende Glasbaugruppe.
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Die
DE 101 16 075 C1 beschreibt ein automatisiertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Anblasen einer Sensormembran an ein Tauchrohr aus Glas. Dies wird als Glasbaugruppe bezeichnet. Dabei wird das Tauchrohr in eine Glasschmelze eingetaucht, verweilt dort, wird wieder herausgezogen und anhand einer vorgegebenen Blasdruckkurve zu einer kugeligen Membran aufgeblasen. Dabei wird die Geometrie mit einer Kamera überwacht und der Prozess anhand der Kamerainformationen beendet, wenn eine gewünschte Geometrie erreicht ist.
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Die
DE 10 2014 116 579 A1 offenbart ein automatisiertes Herstellen einer Glasbaugruppe mit einer Flachmembran.
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Walpole et al. beschreiben in „Probability and Statistics for Engineers and Scientists“, Fourth Edition, 1989 ein Verfahren für die Kontrolle von Produktionsprozessen. Dabei wird beschrieben, dass während der Serienproduktion Messungen prozessrelevanter Parameter durchzuführen sind, und wenn anhand der Messungen erkannt wird, dass die aktuellen Werte der Parameter außerhalb eines gewünschten Soll-Bereichs liegen, den Prozess anzupassen.
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Die
DE 10 2015 114 334 A1 beschreibt die Überwachung und Regelung eines Produktionsprozesses für Glaskörper für die Fertigung von pH-Elektroden.
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Aus dem Stand der Technik ist aber kein Verfahren bekannt, mit dem die Wandstärke der Membran anpassbar ist, ohne dabei gleichzeitig die Geometrie der Glasmembran zu verändern. Außerdem gibt der Stand der Technik keine Möglichkeit an, die Qualität der Verbindung zwischen Glasmembran und Tauchrohr zu beeinflussen und insbesondere die Qualität der Verbindung hochzuhalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität der Herstellungsprozesses für eine solche Glasbaugruppe zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Konstant-Regelung der Qualität des Herstellungsprozesses einer Glasbaugruppe, umfassend die Schritte: Herstellen einer Vielzahl von Glasbaugruppen, wobei jede einzelne Glasbaugruppe mittels eines durch mindestens einen Prozessparameter beeinflussten Prozess mit folgenden Schritten hergestellt wird: Absenken eines Tauchrohrs in Richtung einer Glasschmelze, Verweilen in einer definierten Position oberhalb der Glasschmelze, Eintauchen in die Glasschmelze, Verweilen in der Glasschmelze, sodass sich am eintauchenden Ende eine das Ende verschließender Film bildet, Anheben des Tauchrohrs mit einem ersten Bewegungsprofil bis zu einem ersten Niveau oberhalb der Glasschmelze, Beaufschlagen des Innern des Tauchrohrs mit einer Blasdruckkurve ab Verlassen der Schmelze, sodass sich am Ende des Tauchrohrs aus dem Film eine Membran bildet, Verweilen auf dem ersten Niveau, weiteres Anheben des Tauchrohrs mit einem zweiten Bewegungsprofil bis zu einem zweiten Niveau oberhalb der Glasschmelze, und Verweilen auf dem zweiten Niveau, Regeln des Durchmessers und der Form der Membran, der Wandstärke der Membran und/oder der Oberfläche der Membran durch Vermessen des Durchmessers und der Form der Membran, der Wandstärke der Membran und/oder der Oberfläche der Membran, Bestimmen der Regeldifferenz durch Vergleichen der gemessenen Werte des Durchmessers und der Form der Membran, der Wandstärke und/oder der Oberfläche der Membran jeweils mit einem Sollwert, und Minimieren der Regeldifferenz durch Verändern zumindest eines Prozessparameters.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem Prozessparameter um das erste Bewegungsprofil, insbesondere dem Ruck, Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit des Anhebens des Tauchrohrs aus der Schmelze, der Verweilzeit in der definierten Position und die Höhe oberhalb der Glasschmelze, der Eintauchzeit in der Glasschmelze, der Verweilzeit auf dem zweiten Niveau, und/oder der Temperatur der Glasschmelze handelt.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Vermessen der Wandstärke mittels einer konfokalen Messeinrichtung durchgeführt wird.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Vermessen der Oberfläche mittels einer Messung der mechanischen Spannungen durch ein Polarimeter durchgeführt wird.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die definierte Position oberhalb der Glasschmelze etwa 0,1 mm-15 mm oberhalb der Glasschmelze ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass bei etwa 2-15 s in der definierten Position oberhalb der Glasschmelze verweilt wird.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass etwa 0,5-1,5 s in der Glasschmelze verweilt wird.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass etwa 0,05-0,5 s auf dem ersten Niveau verweilt wird.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das erste Niveau etwa 0,1-15 mm oberhalb der Glasschmelze ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass etwa 1-5 s auf dem zweiten Niveau verweilt wird.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das zweite Niveau etwa 5-15 cm oberhalb der Glasschmelze ist.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Glasbaugruppe, welche nach einem Verfahren wie oben beschrieben hergestellt wird.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst durch einen elektrochemischen Sensor, insbesondere pH-Sensor, umfassend eine Glasbaugruppe wie oben beschrieben, eine Messelektrode und eine Referenzelektrode. In einer Ausgestaltung umfasst die Glasbaugruppe ein Diaphragma.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wie oben beschrieben, umfassend zumindest eine Steuerung, ein konfokales Messystem und ein Polarimeter.
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Dies wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert.
- 1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung der beanspruchten Glasbaugruppe.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung der Eintauchtiefe.
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1 zeigt eine Vorrichtung 2 zum Herstellen einer Glasbaugruppe. Die Vorrichtung 2 umfasst eine Glasschmelzeinrichtung 4, die beispielsweise von einem, insbesondere durch eine nicht dargestellte Induktionsspule beheizten, Tiegel 6 gebildet ist, der eine Glasschmelze 8 aufnimmt.
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Die Glasbaugruppe umfasst zunächst ein Tauchrohr 10, bei dem es sich um ein Glasrohr handeln kann. Die Glasbaugruppe umfasst neben dem Tauchrohr 10 die später zu bildende Membran 11, siehe unten. Das Glasrohr 10 kann, muss aber nicht, eine Zylindersymmetrie aufweisen. Das Tauchrohr 10 ist durch eine Öffnung 12 in den Tiegel 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 in Richtung des Doppelpfeils 16, d.h. auf den Pegel der Glasschmelze 8 zu, erreicht. Hierfür umfasst die Vorrichtung 2 eine Stelleinrichtung 18, die gegebenenfalls auch eine Bewegung entlang des Doppelpfeils 20, also senkrecht zur Absenkrichtung, ausführen kann.
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Die Stelleinrichtung 18 ist mit einer Steuereinrichtung 22 verbunden, die im vorliegenden Beispiel als Rechner ausgestaltet ist, und die ein Betriebsprogramm umfasst und ausführen kann, mittels dessen die Bewegungen der Stelleinrichtung 18 steuerbar sind. Hierzu umfasst die Steuereinrichtung 22 einen Speicher, in dem das Betriebsprogramm hinterlegt sein kann, sowie einen Prozessor, der zum Ausführen des Betriebsprogramms auf den Speicher zugreifen kann.
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Die Vorrichtung 2 umfasst einen Druckgeber 26 zum Anlegen eines vorgebbaren Gasdrucks an das Innere des Tauchrohrs 10. Der Druckgeber 26 kann beispielsweise eine Pumpeinrichtung umfassen. Die Verbindung zwischen der Pumpvorrichtung 26 und dem von der Glasschmelze 8 abgewandten Ende des Tauchrohrs 10 ist über einen flexiblen Schlauch 28 gegeben. Der Druckgeber 26 wird über eine Datenübertragungseinrichtung 30 von der Steuereinrichtung 22 angesteuert. Des Weiteren 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 zum Bestimmen der Position der Oberfläche der Glasschmelze 8 im Tiegel 6. Wenn über den Druckgeber 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 der Oberfläche 42 der Glasschmelze durch das freie Endes des Tauchrohrs 10 beim Absenken der Halteeinrichtung 14 in Richtung der Schmelze 8 ein Druckanstieg innerhalb des Tauchrohrs ein. Dieser Druckanstieg kann mittels des Drucksensors 32 ermittelt und über die Übertragungseinrichtung 34 an die Steuereinrichtung 22 gegeben werden. Auf diese Weise kann exakt das Erreichen der Oberfläche der Glasschmelze 8 festgestellt werden. Es besteht nun die Möglichkeit die Stelleinrichtung 18 so anzusteuern, dass das Tauchrohr 10 bis zu einer exakten Eintauchtiefe h unterhalb des Pegels 42 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 genutzt werden kann.
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Unter Einbeziehung der Druckmesseinrichtung 32 in die Ansteuerung der Pumpvorrichtung kann ferner ein Regelkreis gebildet werden, mittels dessen eine in einem Speicher der Steuereinrichtung 22 hinterlegte Blasdruckkurve zur Bildung der Membran 11 durchlaufen werden kann, siehe unten. Die Feststellung des Erreichens der Oberfläche der Glasschmelze nach einem der voranstehend beschriebenen Verfahren und das Durchlaufen der Blasdruckkurve kann mittels der Steuereinrichtung 22 anhand des Betriebsprogramms durchgeführt werden.
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Die Vorrichtung 2 umfasst eine Bildaufnahmevorrichtung 52, z.B. eine Digitalkamera, die mit der Steuereinrichtung 22 verbunden ist, so dass von der Bildaufnahmevorrichtung erfasste Bilddaten oder weiter ausgewertete Bilddaten an die Steuereinrichtung 22 übertragen werden können. Die Steuereinrichtung 22 umfasst ein Betriebsprogramm, welches einer Verarbeitung der Bilddaten, insbesondere einem Vergleich der Bilddaten mit in einem Speicher der Steuereinrichtung 22 hinterlegten Soll-Daten, dient. Im hier gezeigten Beispiel dient die Steuereinrichtung 22 also gleichzeitig als Bildverarbeitungseinrichtung. Es ist in einer alternativen Ausgestaltung aber auch möglich, neben der Steuereinrichtung 22 eine weitere Datenverarbeitungseinrichtung vorzusehen, die als Bildverarbeitungseinrichtung dient, und die mit der Steuereinrichtung zur Kommunikation verbunden ist, um dieser die Ergebnisse des Vergleichs der erfassten Bild-Daten mit hinterlegten Soll-Daten zu übermitteln. Die Bildaufnahmevorrichtung 52 ist etwa 5-15 cm, beispielsweise 10 cm oberhalb des Tiegels angeordnet.
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In 2 ist schematisch die Eintauchtiefe h(t), als Funktion der Zeit t, d.h. die Höhe h des freien, der Glasschmelze 8 zugewandten Endes des Tauchrohrs 10 bezogen auf den Pegel 42 der Glasschmelze, dargestellt. Die Oberfläche 42 der Schmelze 8 entspricht somit einer Höhe von „0“.
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Das Glasrohr 10, das mit einer Membran 11 versehen werden soll, wird zunächst als Tauchrohr 10 in der Haltevorrichtung 14 fixiert und an einem Ende über den Schlauch 28 mit dem Druckgeber verbunden. Das Tauchrohr 10 wird in Richtung Schmelze 8 gefahren. Zunächst wird das Tauchrohr 10 über eine vorgegebene Vorheizzeit t1, etwa 2-15 s, vorgewärmt, indem es in einem vorgegebenen, geringem Abstand h1 über der heißen Glasschmelze 8 gehalten wird. Da eine gewisse Menge an Schmelze 8 aus dem Tiegel 6 entnommen wird (siehe unten), sinkt der Füllstand der Schmelze mit der Zeit. Würde die Zeit t1 konstant gehalten werden, wäre aufgrund des längeren Weges des Tauchrohrs 10 in die Schmelze 8, das Glasrohr 10 länger der Temperatur der Schmelze ausgesetzt. Somit wird die Zeit t1 mit sinkendem Pegel 42 verringert.
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Der Abstand h1 kann einige wenige Millimeter betragen. Das Tauchrohr 10 wird nun durch entsprechende Ansteuerung der Stelleinrichtung senkrecht zur Oberfläche der Glasschmelze 8 abgesenkt. Dabei verläuft die Rohrachse, die beispielsweise eine Zylindersymmetrieachse des Tauchrohrs 10 sein kann, im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 42 der Glasschmelze 8. Während des Absenkens des Tauchrohrs 10 wird der Druck im Inneren des Tauchrohrs 10 bzw. des Schlauchs 28 über die Druckmesseinrichtung 32 erfasst und über die Übertragungseinrichtung 34 an die Steuereinrichtung 22 gegeben. Im Moment des Berührens der Oberfläche 42 mit dem freien Ende des Tauchrohrs 10 wird der Luftaustritt verschlossen, und der Druck im Inneren des Tauchrohrs 10 steigt an. Anhand dieses Druckanstiegs wird von der Steuereinrichtung 22 das Erreichen der Oberfläche 42 erkannt.
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Nachdem das Erreichen der Oberfläche 42 erkannt worden ist, steuert die Steuereinrichtung 22 die Stelleinrichtung 18 derart an, dass das Tauchrohr 10 um eine vorbestimmte Eintauchtiefe h2 in die Glasschmelze 8 eingetaucht wird. In dieser Position verbleibt das Tauchrohr 10 während einer vorgegebenen Verweilzeit t2, etwa 0,5-1,5 s. Aufgrund der hohen Viskosität der Glasschmelze 8 bildet sich dabei ein das Ende des Tauchrohrs 10 verschließender Film. Dabei entnimmt das Tauchrohr 10 eine bestimmte Menge an Glas aus der Schmelze.
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Nach Ablauf der Verweilzeit t2 in der Schmelze steuert die Steuereinrichtung 22 die Stelleinrichtung 18 das Tauchrohr 10 mit einem vorgegebenen ersten Bewegungsprofils p1 in Richtung senkrecht zur Oberfläche 42 der Glasschmelze 8 nach oben, während sie den innerhalb des Tauchrohrs 10 herrschenden Druck steuert. Dabei vergrößert sich der Film etwas. Das Tauchrohr 10 erreicht die Höhe h3 und verweilt dort für die Zeit t3. Das Bewegungsprofil p1 umfasst dabei den Weg von h2 nach h3 mit einem festgelegten Ruck, Beschleunigung und Geschwindigkeit. Beispielsweise beträgt die Geschwindigkeit 20-100 mm/s mit der maximal möglichen Beschleunigung der jeweiligen Motoren.
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Die Zeit t3 kann etwa 0,1 s bis 1 s betragen. Die Höhe h3 beträgt etwa 10 mm. Wie erwähnt nimmt das Tauchrohr 10 eine gewisse Menge an Glas aus der Schmelze 8 auf der Höhe h2 auf. Je nach Geschwindigkeit der Bewegung von h2 nach h3 kann die aufgenommene Glasschmelze teilweise wieder zurück in den Tiegel „abtropfen“. Ein schnelleres Herausfahren verhindert dieses. Dies hängt im Wesentlichen mit der Temperatur der Schmelze 8 zusammen, wird nämlich langsamer gefahren, ist das Tauchrohr 10 mit der aufgenommenen Glasschmelze länger den hohen Temperaturen ausgesetzt, das Glas bleibt flüssig und tropft zurück in den Tiegel 6.
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In einer Ausgestaltung ist die Zeit t3 noch kürzer als 0,1 s, etwa 0,01 s und ist somit kaum merklich. Die Zeit t3 hängt auch von der Glaszusammensetzung der Schmelze 8 ab. Es gibt Zusammensetzungen, die einen „Glasfaden“ mit sich ziehen bei der Bewegung in Richtung h3. Durch das Verweilen auf h3 kann gewährleistet werden, dass sich dieser Glasfaden zum Glasrohr 10 hinzieht und schließlich verschwindet.
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Die Höhen h1 und h3 können gleich oder unterschiedlich sein.
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Nach der Zeit t3 oberhalb der Oberfläche 42 der Glasschmelze 8 setzt die Steuervorrichtung 22 das Anheben des Tauchrohrs 10 mit einem Bewegungsprofil p2 fort. Das Bewegungsprofil p2 umfasst dabei den Weg von h3 nach h4 mit einem festgelegten Ruck, Beschleunigung und Geschwindigkeit. Der Ruck, Beschleunigung und Geschwindigkeit können gleich oder unterschiedlich wie bei p1 sein. In der Regel wird hier aber zumindest eine größere Geschwindigkeit wie bei p1 gewählt. Die Geschwindigkeit ist die Steigung im Diagramm in 2. Man erkennt hier, dass p2 eine größere Steigung aufweist als p1. Die Strecke von h3 nach h4 ist länger als von h2 nach h3, somit kann auch eine größere Geschwindigkeit erreicht werden.
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Das Tauchrohr 10 wird dann bis zu einer vorgegebenen Höhe h4 angehoben, in der das den Film umfassende Ende des Tauchrohrs 10 während der Abkühlung des Films von einer Bildaufnahmevorrichtung 52 erfasst werden kann. Die im Speicher hinterlegte Blasdruckkurve ist für die Dauer der Tauchrohrbewegung von h1 bis h4 aktiv, d.h. für die Zeitdauer, an der die Kamera noch keinen Durchmesser oder andere Messparameter ermitteln kann. Ab etwa der Höhe h1 wird ein konstanter Druck angelegt, siehe oben, d.h. auch während des Eintauchens (h2). Ab Verlassen der Schmelze (Bezugszeichen 36) wird ein variabler Druck gemäß der Blasdruckkurve angelegt. Dadurch wird die Membran 11 bereits vor Erreichen der Höhe h4 zu einem gewissen Grad aufgeblasen, beispielsweise bis zu einem Durchmesser von 50-80 % des Enddurchmesser. Wenn die Kamera 52 auf der Höhe h4 einen Messwert innerhalb eines definierten Wertebereichs ermittelt, übernimmt sie die Regelung des Membrandurchmessers. Ab der Höhe h4 wird in diesem Fall der Druck auf die Membran in Abhängigkeit des aktuellen Durchmessers, der durch die Bildaufnahmevorrichtung 52 ermittelt wird, gesteuert.
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Wie im oberen Absatz erwähnt, wird ab Verlassen der Schmelze 8 (Bezugszeichen 36) ein variabler Druck zur Bildung der Membran 11 angelegt. Allerdings kann dieses Anlegen des variablen Drucks noch einige Zeit verzögert werden, dies ist in 2 mit dem Bezugszeichen t5 gekennzeichnet. Dieser Parameter t5, also die Wartezeit bis Blasdruckkurve startet, verzögert somit die Aktivierung der Blasdruckkurve und sorgt für ein zeitversetztes Aufblasen. Je größer t5, desto mehr hat sich die aufgenommene Glasmenge (da bewegt und weiter von der heißen Schmelze 8 entfernt) abgekühlt und wird damit dünner ausgeblasen. Ein früheres Aktivieren der Blasdruckkurve (t5 ist klein) zieht ein früheres Aufblasen mit sich. Das aus der Schmelze aufgenommene Glas lässt sich leichter aufblasen, zieht mehr Glas mit sich und somit wird die Membran dicker.
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Die Steuerung des in dem Tauchrohr 10 herrschenden Drucks erfolgt mittels der Bildaufnahmevorrichtung 52 erfassten Daten. Die Bildaufnahmevorrichtung 52 erfasst Bilddaten des Films und überträgt diese an die Steuereinrichtung 22. Diese führt einen Vergleich zwischen den erfassten Bilddaten (Ist-Daten = aktuelle Werte) und hinterlegten Soll-Daten durch. Die Steuereinrichtung 22 kann die Ist-Daten und die Soll-Daten auch über eine Ausgabevorrichtung 24, z.B. einen Monitor zur Anzeige bringen. Über das der Bildverarbeitung dienende Betriebsprogramm der Steuereinrichtung 22 kann die geometrische Gestalt des Films mittels Bild- oder Mustererkennungs-Algorithmen rechnerisch ermittelt werden und mit den hinterlegten Soll-Daten verglichen werden. Basierend auf dem Vergleich steuert die Steuereinrichtung 22 bis zum Erstarren des Films zu einer festen Membran den Druckgeber 26, um die Geometrie des Films an die Soll-Geometrie, die den hinterlegten Soll-Daten entspricht, anzupassen. Dafür verbleibt das Tauchrohr 10 für eine Zeit t4 auf dieser Höhe h4. Dies führt zum bereits erwähnten Nachwärmer oder auch Tempern genannt. Die Zeit t4 kann etwa 5-20 s betragen. Die Höhe h4 beträgt etwa 10 cm. Mittels der Kamera 52 erfolgt somit eine Bestimmung des Durchmessers, im Allgemeinen der Form der Membran 11.
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Die Kamera 52 für die Durchmesserregelung befindet sich über dem Tiegel 6, mit ihrer Messachse ca. 10 cm über dem Tiegelniveau 42. So kann nach dem Herausziehen des Tauchrohrs 10 über dem Tiegel 6 angeblasen und anschließend mit dem Wärmestrom der Glasschmelze 8 das Nachwärmen, siehe unten, durchgeführt werden. Experimentelle Versuche haben gezeigt, dass damit die Membranrisse (siehe unten) ebenfalls gesenkt werden.
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Weiter umfasst die Vorrichtung 2 eine zusätzliches Bildaufnahmevorrichtung, die als konfokales Messystem 54 ausgestaltet ist. Das konfokale Messystem 54 ist auf der gleichen Höhe wie die Kamera 52 angeordnet, beispielsweise um 90 ° oder 180 ° versetzt. Das konfokales Messystem 54 ist ebenfalls (nicht eingezeichnet) mit der Steuerung 22 verbunden. Mit dem konfokalen System 54 wird optisch und berührungslos die Wandstärke gemessen. Durch das konfokale Messsystem 54 wird ein breites Lichtspektrum ausgesendet, wobei in Abhängigkeit der Wandstärke entsprechende Reflexionen erzeugt werden, die ausgewertet werden. Mit Hilfe dieser Reflexionen kann unter Verwendung des jeweiligen Brechungsindexes die Wandstärke berechnet werden. Das konvokale Messystem 54 ermittelt somit die Wandstärke und übermittelt diese an die Steuerung 22. Wird festgestellt, dass die Wandstärke zu groß oder klein ist, wird für den nächsten Anblasvorgang ein oder mehrere Parameter des Herstellungsprozesses geändert und angepasst, etwa die Geschwindigkeit zu h3, im Allgemeinen alle Parameter von p1. In einer Ausgestaltung kann dafür auch die Kamera 52 verwendet werden.
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Das System 2 umfasst einen Polarimeter 56 für die optische Messung der mechanischen Spannungen im Glas. Der Polarimeter 56 ist auf der gleichen Höhe wie die Kamera 52 angeordnet, beispielsweise um 90 ° oder 180 ° versetzt. Der Polarimeter 56 ist ebenfalls (nicht eingezeichnet) mit der Steuerung 22 verbunden. Mit dem Polarimeter 56 wird durch die Verwendung von polarisiertem Licht die Spannungsverteilung in der lichtdurchlässigen Membran 11 untersucht. Eine hohe mechanische Spannung ist ein Hinweis für die Neigung zur Rissbildung. Ebenso ist entscheidend wo die größten mechanischen Spannungen auftreten, etwa in der Nähe zum Tauchrohr 10 oder davon gegenüberliegend. In Abhängigkeit von der mechanischen Spannung können ein oder mehrere Parameter der Herstellung geändert werden, siehe unten. Der Polarimeter 56 ermittelt somit die mechanischen Spannungen und übermittelt diese an die Steuerung 22. Wird festgestellt, dass die mechanische Spannung zu groß oder klein ist, wird für den nächsten Anblasvorgang ein oder mehrere Parameter des Herstellungsprozesses geändert und angepasst, etwa die Vorheizzeit t1 oder die Eintauchdauer t2.
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Auf diese Art und Weise wird eine Vielzahl von Elektrodenbaugruppen 1 hergestellt.
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Nach der Erstarrung des Films zu einer festen Membran kann die tatsächliche Geometrie, Durchmesser, Oberfläche, die mechanische Spannung etc. der Membran erneut erfasst und mit den jeweiligen Solldaten verglichen werden. Basierend auf diesem Vergleich kann die Steuereinheit 22 eine Klassifizierung vornehmen, die insbesondere ein Maß dafür sein kann, ob die produzierte Baugruppe aus dem Tauchrohr 10 und der Membran als Ausschuss behandelt werden muss oder zur Produktion eines elektrochemischen Sensors verwendet werden kann. Im letzteren Fall kann die Baugruppe mit Bauteilen zur Bildung eines elektrochemischen Sensors, insbesondere eines potentiometrischen pH-Sensors verbunden werden. Die Baugruppe wird ergänzt durch eine Messelektrode und eine Referenzelektrode. Die Glasbaugruppe umfasst ein Diaphragma. Die Referenzelektrode steht über das Diaphragma in elektrischem Kontakt mit dem zu messenden Medium, wobei das Diaphragma Stoffaustausch mit dem zu messenden Medium weitgehend unterbindet. Die Referenzelektrode umfasst beispielsweise einen Silberdraht, Silberchlorid und eine Elektrolytlösung, etwa Kaliumchlorid. In einer Ausgestaltung ist im Innern der Glasbaugruppe Innenpuffer angeordnet, in welche die Messelektrode ragt.
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Grundsätzlich ist die Blasdruckkurve alleine als Stellgröße für eine Regelung der Wandstärke nur bedingt geeignet, denn eine Änderung der Anblaskurve führt zu einer Änderung der Geometrie der erzeugten Glasmembran
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Um die Qualität des Herstellungsprozesses der Glasbaugruppe konstant zu halten erfolgt wie beansprucht eine Regelung der Wandstärke - allerdings ohne die Geometrie - an sich zu ändern, und der Oberfläche der Membran.
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Die Wandstärke wird unabhängig von dem Durchmesser der Glasmembran durch Variation des ersten Bewegungsprofils p1, insbesondere dessen Ausziehgeschwindigkeit beeinflusst. Für eine Regelung wird bei jedem n-ten Bauteil, etwa jedem 5. Bauteil, eine Wandstärkenmessung mit der angesprochenen konfokalen Messeinrichtung durchgeführt. Dieser Wert wird mit einem Soll-Wert für die Wanddicke verglichen. Basieren auf dieser Regeldifferenz wird schließlich das Profil p1, insbesondere die Geschwindigkeit erhöht oder reduziert werden. Dies kann automatisiert durch die Vorrichtung, insbesondere durch die Steuerung 22, geschehen.
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Die Qualität hinsichtlich Neigung zu Membranrissen der Verbindung zwischen Glasmembran und Tauchrohr 10 kann insbesondere durch mehrere Parameter beeinflusst werden: die Temperatur der Schmelze 8, die Vorheizzeit, d.h. die Zeit t1, also die Zeit während derer das Tauchrohr 10 vor dem Eintauchen über der Glasschmelze 8 verweilt, bevor es in die Schmelze eingetaucht wird, und die die Eintauchdauer t2 in der Schmelze.
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Bei einer Vorheizzeit t1, siehe oben, im Bereich von etwa 2-15 s wird die Anfälligkeit für einen Membranriss deutlich senkt, insbesondere von Membranrissen entlang der Mischzone mit der Gefahr des kompletten Abfallens der Membran.
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Je nach Art und Materialzusammensetzung des Tauchrohres sind die Werte unterschiedlich. Längere Vorheizzeiten erwärmen das Tauchrohr zu stark und es deformiert sich nach dem Anblasen oder schmilzt beim Eintauchen teilweise in den Tiegel ab.
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Die Temperatur der Glasschmelze 8 beträgt je nach Membranglas 1280 °C bis 1330 °C und richtet sich u.a. nach der Viskosität des Glases.
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Es ergibt sich für die Fertigung somit ein dreistufiger Prozess: Zunächst wird vorgeheizt und entsprechend lange eingetaucht, was für die Rissbildung wichtig ist. Die Ausziehgeschwindigkeit definiert die Wandstärke. Schließlicht ergibt sich aus dem Anblasen der Membran die genaue Geometrie, d.h. Form und Durchmesser der Membran.
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Auf diese Art und Weise wird jeweils die Wandstärke und Oberfläche der Membran 11, der mittels der Vorrichtung 2 nacheinander in Serie hergestellten Glaskörpern in vorgegebenen Zeitfenstern vermessen, wobei die Wandstärken und Oberflächen (bzw. die mechanische Spannung) von mehreren Glasmembranen an die Steuereinrichtung übersendet werden. Die Steuereinrichtung 22 speichert diese Daten in einem Speicher und ermittelt aus einer vorgegebenen Anzahl von Wandstärken Mittelwerte, die an einen, in der Steuereinrichtung ausgebildeten softwareartigen Regler weitergeleitet werden. Da der Mittelwert als gleitender Mittelwert ausgebildet ist, bei welchem immer der älteste Wert der Wandstärke eliminiert und ein nächster Wert der Wandstärke eines weiteren Glaskörpers hinzugenommen wird, lässt sich vorzugsweise ein Trend bei der Wandstärke der Glaskörper feststellen.
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Somit können nach wiederholter Feststellung einer Abweichung des Mittelwerts der Ist-Wandstärken/Oberfläche von der vorgegebenen Soll-Wandstärke/Oberfläche die produktionsspezifischen Einstellparameter (siehe oben) des Herstellprozesses des einzelnen Glaskörpers automatisch verändert werden, so dass die anschließend hergestellten Glaskörper die gewünschte Soll-Wandstärke/Oberfläche und somit die geforderte Qualität besitzen. Beispielsweise kann eingegriffen werden, wenn fünf aufeinanderfolgend hergestellte Glasbaugruppen von einem Soll-Wert abweichen.
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In einer Ausgestaltung müssen immer die ersten fünf oder zehn Tauchrohre eines neuen Loses überwacht werden und die Parameter entsprechend angepasst/ geregelt werden. Die Parameter der nachfolgenden Tauchrohre des Loses werden nicht mehr geregelt / angepasst, bzw. müssen nicht mehr angepasst werden. In einer Ausgestaltung werden alles Tauchrohres eines Loses überwacht und die Parameter geregelt.
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Durch das Regeln der Wandstärke der Membran und/oder der Oberfläche der Membran durch die oben beschriebenen Prozessparameter können vor allem Faktoren ausgeglichen werden, die nicht beeinflusst werden können, bzw. deren Einfluss nicht systematisch ausgeglichen werden kann, wie etwa die Qualität des Tauchrohrs 10 bzw. geringe Abweichungen von der Glaszusammensetzung des Tauchrohrs 10.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Vorrichtung
- 4
- Glasschmelzeinrichtung
- 6
- Tiegel
- 8
- Glasschmelze
- 10
- Tauchrohr
- 11
- Membran
- 12
- Öffnung
- 14
- Haltevorrichtung
- 16
- Richtung
- 18
- Stelleinrichtung
- 20
- Richtung
- 22
- Steuerung
- 24
- Ausgabe
- 26
- Druckgeber
- 28
- Schlauch
- 30
- Datenübertragung
- 32
- Druckmessung
- 34
- Übertragungseinrichtung für den Druck
- 36
- Verlassen Schmelze
- 42
- Oberfläche von 8
- 52
- Kamera
- 54
- Konfokales Messsystem
- 56
- Polarimeter
- h(t)
- Eintauchtiefe
- t
- Zeit
- t1
- Verweilzeit oberhalb von 42 bevor die Membran gebildet ist
- h1
- Höhe oberhalb von 42 bevor die Membran gebildet ist.
- h2
- Höhe in der Schmelze
- t2
- Zeit in der Schmelze
- h3
- Höhe oberhalb 42 mit Film
- t3
- Verweilzeit in h3
- h4
- Höhe oberhalb 42 zur Bildung der Membran
- t4
- Verweilzeit in h4
- t5
- Wartezeit bis Blasdruckkurve startet
- p1
- erstes Bewegungsprofil
- p2
- zweites Bewegungsprofil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10116075 C1 [0002]
- DE 102014116579 A1 [0003]
- DE 102015114334 A1 [0005]
