DE10244041B4

DE10244041B4 - Verfahren zur Umformung von Ziehgut und Vorrichtung zum Umformen

Info

Publication number: DE10244041B4
Application number: DE10244041A
Authority: DE
Inventors: Gundolf Wörner
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2002-09-21
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2022-09-22
Also published as: DE10244041A1

Abstract

Verfahren zur Umformung von transparenten oder semitransparenten Gläsern ausgenommen Quarzglas in Form von Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) im Ziehprozess;
1.1 bei welchem das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) erwärmt wird,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1.2 das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) wird mittels einer Formgebungseinheit (33), umfassend wenigstens ein Formgebungswerkzeug (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52) umgeformt;
1.3 das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) wird über eine vordefinierbare Länge in Vorschubrichtung mittels Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von einschließlich 760 nm bis 1 mm erwärmt;
1.4 zum Umformen wird ein Formgebungswerkzeug (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52) verwendet, das wenigstens mit dem auf das Ziehgut einwirkenden Teil aus Quarzglas besteht;
1.5 die Formgebungseinheit (33) wirkt während des Erwärmungsvorganges auf das Ziehgut (6; 6.3a;...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung von Ziehgut insbesondere während des Ziehprozesses, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner eine Vorrichtung zum Umformen von Ziehgut während des Ziehprozesses.
Ziehgut jeglicher Art aus unterschiedlichen Materialien zeichnet sich durch eine bestimmte Querschnittsgeometrie und Querschnittsabmessungen im Ausgangszustand aus.
Unter Ziehgut werden dabei Ausgangsprodukte unterschiedlicher Materialien und Geometrien verstanden. Diese können kalt oder im warm oder heiß vorbearbeiteten Zustand vorliegen. Die Außenflächen können eben oder gekrümmt sein. Ferner besteht die Möglichkeit, dass in diese über deren Länge Ausdehnungen, beispielsweise in Form von Rillen, eingearbeitet sind. Das Ziehgut kann beispielsweise in Form von Röhren, dicken Scheiben, Stäben, insbesondere Faserstäben, Dreikant- oder Vierkantstäben bis hin zu Vieleckstäben oder Barrenform, vorliegen. Als Materialien kommen zumindest alle transparenten und semitransparenten Gläser – ausgenommen Quarzglas – in Frage.
In JP 03012332 A geht die Anordnung eines ersten elektrischen Ofens gefolgt von einem zweiten elektrischen Ofen hervor, wobei im Inneren des zweiten elektrischen Ofens ein Rollenpaar einen Glasstrang formt.
Das Dokument DE 199 60 210 C1 beschreibt die Formgebung bzw. die Kalibrierung eines Glasstrangs durch einen Kalibrierring. Dem Kalibrierring ist eine Erwärmungseinrichtung zugeordnet. Ferner ist dem Kalibrierring direkt eine Kühleinrichtung nachgelagert.
DE 199 38 811 A1 betrifft die Herstellung von Keramikteilen mittels eines Formwerkzeuges, in welches ein mittels Infrarotstrahlung erwärmter Glaskeramikrohling einsinkt. Die Form, wie auch der Strahlungshohlraum ist aus einem infrarot-reflektierendem Material ausgebildet. Insbesondere wird wenigstens für die das Ziehgut berührenden Teile des Werkzeuges Quarzglas eingesetzt.
Wird das Ziehgut wie bisher einem Ziehprozess unterzogen, ist das Endprodukt im Endzustand in der Regel durch die gleiche Grundgeometrie wie im Ausgangszustand gekennzeichnet, weist jedoch unterschiedliche, entsprechend den Ähnlichkeitsgesetzen ausgelegte Querschnittsabmessungen und damit kleinere Querschnittsflächeninhalte auf. Zu diesem Zweck wird das Ziehgut über eine Vorschubstrecke einer Erwärmungseinheit zugeführt, Werkzeuge zur Einwirkung auf dieses, insbesondere zur Beeinflussung der Querschnittsänderungen, werden nicht eingesetzt. Die Querschnittsgeometrie wird nur durch die Abzugsgeschwindigkeit sowie die Temperatureinstellungen im Ofen beeinflusst. Dabei gibt es nur die Möglichkeit durch Variation der Zuggeschwindigkeit oder Energiezuführung die Querschnittsfläche bei gleicher Ausgangsgeometrie zu beeinflussen, mal dicker, mal dünner. Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, dass diese Art des Ziehprozesses nur für die Herstellung von Endprodukten mit gleicher Querschnittsgrundgeometrie wie das Ziehgut im Ausgangszustand geeignet ist. Ferner baut die Gesamtvorrichtung sehr lang und ist hinsichtlich des Durchsatzes durch die Länge der Erwärmungsstrecke beschränkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Umformung von Ziehgut zu schaffen, welches es ermöglicht, neben einer Querschnittsflächeninhaltsänderung auch eine Querschnittsgeometrieänderung mit einfachen Mitteln zu erzielen. Ferner soll sich die Vorrichtung durch einen geringen konstruktiven Aufwand und eine geringe Baugröße auszeichnen. Das gesamte Verfahren soll sich durch eine hohe Wirtschaftlichkeit auszeichnen. Das erfindungsgemäße Verfahren soll dabei sowohl für Ziehgut, insbesondere Faserstäbe vordefinierter Länge als auch Wickelware, d. h. undefinierter Länge, geeignet sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Beim Verfahren zur Umformung von Ziehgut jeglicher Art, insbesondere vorgefertigten bzw. vorgeformten Faserstäben im Ziehprozess, werden diese erwärmt und einer Formgebungseinheit, umfassend wenigstens ein Formgebungswerkzeug, ausgesetzt.
Unter Ziehgut werden dabei Ausgangsprodukte unterschiedlicher Materialien und Geometrien verstanden. Diese können kalt oder im warm oder heiß vorbearbeiteten Zustand vorliegen. Die Außenflächen können eben oder gekrümmt sein. Ferner besteht die Möglichkeit, dass in diese über deren Länge Ausdehnungen, beispielsweise in Form von Rillen, eingearbeitet sind.
Das Ziehgut kann beispielsweise in Form von Röhren, dicken Scheiben, Stäben, insbesondere Faserstäben, Dreikant- oder Vierkantstäben bis hin zu Vieleckstäben oder Barrenform, vorliegen. Als Materialien kommen zumindest alle transparenten und semitransparenten Gläser – ausgenommen Quarzglas – in Frage. Erfindungsgemäß erfolgt die Erwärmung mittels kurzwelliger Infrarotstrahlung als Erwärmungsmedium, d. h. in einem Wellenlängenbereich von einschließlich 760 nm bis 1 mm. Als Material für das Formgebungswerkzeug kommt jegliches Material in betracht, das Infrarot-Strahlungsdurchlässig ist, z. B. Quarzglas. Dabei ist wenigstens jener Teil aus dem betreffenden Material gefertigt, der auf das Ziehgut einwirkt. Dieser Teil kann und sollte aus reinem Quarzglas bestehen. Dieses weist beispielsweise folgende Zusammensetzung auf: Das Quarzglas besteht zu mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95% aus SiO₂. Verunreinigungen können metallischen oder nichtmetallischen Ursprungs sein. Beispielsweise sind dies überwiegend Li, Na, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Cr, Mn, Al, Ti, etc. Da die Erhitzung des Glases durch das Werkzeug hindurch erfolgen soll, muss das gesamte Werkzeug aus "reinem" evtl. synthetischem Quarzglas bestehen, andernfalls würde die Energie der IR-Strahler bereits vom Werkzeug absorbiert werden. Das Quarzglas ist dabei durch eine Zusammensetzung aus den nachfolgenden Stoffen in den nachfolgend genannten Bereichen charakterisiert: Reines Quarzglas (SiO₂, Siliziumoxid) bzw. synthetisches Quarzglas besteht zu mindestens 90%, vorzugsweise zu mindestens 95% aus SiO₂. Verunreinigungen können metallischen oder nichtmetallischen Ursprungs sein. Diese Verunreinigungen können bspw. Li, Na, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Cr, Mn, Al oder Ti sein. Betreffend Quarzgläser wird beispielsweise auf Pfaender, Heinz G., Schott-Glaslexikon, 5. Auflage, 1997, Seiten 132 bis 135 verwiesen. Synthetische Quarzgläser sind OH-reiche Quarzgläser.
Die durch das Formgebungswerkzeug definierte Formgebungsstrecke ist dabei wenigstens teilweise innerhalb der Erwärmungsstrecke angeordnet, wobei die Anordnung in Vorschubrichtung des Ziehgutes betrachtet nach dem Beginn der Erwärmungsstrecke erfolgt. Beide, Erwärmungseinheit und Formgebungseinheit, bilden eine Baueinheit. Mit dieser Ausführung wird die Wärmestrahlung durch das Formgebungswerkzeug ohne erhebliche Verluste durchgelassen und trifft auf das zu erwärmende Ziehgut, d. h. beispielsweise den vorgeformten Faserstab. Somit kann bereits während der Erwärmung des zu erhitzenden Ziehgutes eine Umformung erfolgen. Der Umformvorgang wird damit bereits in die Erwärmungszeitdauer vorverlegt, und kann sogar innerhalb dieser beendet oder aber erst nach dem Erwärmungsvorgang abgeschlossen werden.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird der Vorteil von reinem Quarzglas in transparenter Form genutzt, welches kurzwellige Infrarotstrahlung hindurchlässt und keine Wärme oder Strahlung absorbiert. Der Wärmeübergang erfolgt nur durch den Kontakt mit dem Ziehmaterial.

Für im Text häufig verwendete Begriffe werden nachfolgend genannte Erläuterungen zugrunde gelegt:

1. Vorschubrichtung:	Bewegungsrichtung des Ziehgutes während
	des Ziehprozesses
2. Zufuhrstrecke:	der Erwärmungseinheit vorgeschaltete
	Strecke undefinierter Länge, welche der Zufuhr
	des Ziehgutes zur Erwärmungseinheit dient
3, Erwärmungsstrecke:	entspricht geometrisch wenigstens den
	Abmessungen der Erwärmungseinheit in
	Vorschubrichtung zwischen Zufuhr- und
	Abfuhrstrecke und definiert den Wirkbereich der
	Erwärmungseinheit in Vorschubrichtung auf das
	Ziehgut
4. Abfuhrstrecke:	wird durch die zurückgelegte Strecke des
	Ziehgutes bei Entfernung aus der kombinierten
	Erwärmungs- und Formgebungseinheit nach
	Beendigung des Umformvorganges
	charakterisiert und ist der kombinierten
	Erwärmungs- und Formgebungseinheit
	nachgeschaltet oder entspricht der Summe aus
	Erwärmungs- und Formgebungsstrecke und
	Vorschubstrecke bei diskontinuierlichem
	Umformprozess
5. Formgebungsstrecke	wird durch das Einwirken des
	Formgebungswerkzeuges auf das Ziehgut in
	Vorschubrichtung betrachtet bestimmt und
	entspricht geometrisch den Abmessungen der
	Formgebungseinheit in Vorschubrichtung
6. kombinierte Erwärmungs- und Formgebungsstrecke:
	wird in Vorschubrichtung durch die Überlagerung
	von Erwärmungsstrecke und
	Formgebungsstrecke bestimmt

Die Erwärmung des Ziehgutes beginnt dabei

a) zeitlich vorverlagert zum Umformvorgang oder
b) zeitgleich mit dem Umformvorgang.

Gerade die unter b) genannte Möglichkeit bietet den Vorteil, dass die eigentliche Erwärmungsstrecke relativ klein gehalten werden kann und die kombinierte Erwärmungs- und Umformstrecke sich in einer geringen Baulänge der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungsstrecke widerspiegelt.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, das Ziehgut hinsichtlich der Abmessungen ihrer Querschnittsflächen und damit der Flächeninhalte zu verändern, wobei die Querschnittsgrundgeometrie gleich bleibt oder bei entsprechender Ausgestaltung des Formgebungswerkzeuges auch noch zusätzlich verändert werden kann. Die Möglichkeit der Änderung der Grundgeometrie des Querschnittes während des Ziehprozesses stellt eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, wobei beliebige Ausgangsquerschnitte in beliebige Endquerschnitte transferiert werden können. Besonders gängige Querschnittsgeometrieänderungen sind Änderungen von runden Querschnitten in eckige Querschnitte.
Die Änderung der Querschnittsabmessungen, d. h., die Querschnittsflächeninhalte bei gleichbleibender Querschnittsgeometrie sind vorzugsweise steuerbar. Als Funktion der Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes sowie der Ausgestaltung des Formgebungswerkzeuges, insbesondere bei Ausführung als Profilwalzen oder -stempel des Abstandes zwischen diesen, erfolgt die Steuerung durch Veränderung dieser Größen. Diesbezüglich sind keine speziellen Modifikationen erforderlich, sondern es kann auf die herkömmlich bekannten Möglichkeiten zurückgegriffen werden.
Gemäss einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Änderungen in der Geometrie der Querschnittsflächen des Ziehgutes über dessen Länge betrachtet erzielbar. Die Geometrieänderungen werden durch die Formgebungseinheit, insbesondere das Formgebungswerkzeug erzeugt. Dabei werden über die Länge des Ziehgutes betrachtet kontinuierliche Querschnittsgeometrieänderungen, d. h. eine gleichmäßige Einstellung einer anderen Geometrie über die gesamte Länge des Ziehgutes, oder aber diskontinuierliche Querschnittsgeometrieänderungen über die Länge des Ziehgutes erzielt.
Eine kontinuierliche Querschnittsgeometrie über die gesamte Länge des Ziehgutes wird bei

a) gleichmäßiger Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes und
b) Auslegung des Formgebungswerkzeuges für die Erzeugung einer bestimmten Geometrie

Eine diskontinuierliche Änderung der Querschnittsgeometrie über eine bestimmte Länge des Ziehgutes kann mittels einer der nachfolgend genannten Maßnahmen oder aber auch Kombination dieser erzielt werden:

a) Variationen der Vorschubgeschwindigkeit über eine bestimmte Länge des Ziehgutes
b) Änderung der Lage und evt. zusätzlich Variation der Geschwindigkeit der Lageveränderung oder der Form des Formgebungswerkzeuges

Werden als Formgebungswerkzeuge Pressstempel verwendet, beschreiben ihre zueinander weisenden Stirnseiten, die auch auf das Ziehgut einwirken, die Geometrie des Ziehgutes im Endzustand. Durch die Führung dieser Pressstempel, verschiebbar in einem Winkel zur Vorschubrichtung, kann die Position der Pressstempel verändert werden, wobei bei Beibehaltung der Querschnittsgrundgeometrie zusätzlich die Größe des Querschnittes verändert werden kann. Durch die Variation der Geschwindigkeit dieser Bewegung gegenüber der Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes können zusätzlich bestimmte und unbestimmte Übergangsbereiche geschaffen werden. Werden rotierende Walzen verwendet, kann eine Änderung der Querschnittsgeometrie und der Querschnittsgröße durch die Ausgestaltung des Umfanges dieser Walzen geschaffen werden. Über den Umfang betrachtet weist dann die Walze beispielsweise zwei oder mehrere unterschiedliche Querschnittsgeometrien auf. Dadurch wird es möglich, dass während des Abrollvorganges bereits Querschnittsgeometrie- und Querschnittsabmessungsveränderungen vorgenommen werden. Sind die Profilwalzen über den gesamten Umfang mit gleichbleibendem Querschnitt ausgestattet, werden diese im kontinuierlichen Ziehprozess zur kontinuierlichen Querschnittsgeometrieänderung eingesetzt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umformung von Faserstäben während des Ziehprozesses umfasst eine Zufuhrstrecke, eine Abfuhrstrecke, eine Erwärmungs- und eine Formgebungseinheit. Erfindungsgemäß umfasst die Erwärmungseinheit mindestens eine Infrarotheizeinrichtung mit wenigstens einem Infrarotheizelement, welches um den Umfang des Ziehgutes beim Passieren der Erwärmungseinheit angeordnet ist. Der Wirkbereich der Erwärmungseinheit auf das Ziehgut in Vorschubrichtung betrachtet, definiert eine Erwärmungsstrecke. Aufgrund der Abstrahlung ist diese in der Regel größer als die geometrische Abmessung der Erwärmungseinheit in Vorschubrichtung betrachtet. Innerhalb der Erwärmungsstrecke ist erfindungsgemäß wenigstens teilweise die Formgebungseinheit, umfassend wenigstens ein Formgebungswerkzeug angeordnet. Das Formgebungswerkzeug ist wenigstens mit dem auf das Ziehgut einwirkenden Teil aus Quarzglas gefertigt, vorzugsweise vollständig. Das Quarzglas ist dabei durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet: Das Quarzglas besteht zu mindestens 90%, vorzugsweise zu mindestens 95% aus SiO₂. Verunreinigungen können metallischen oder nichtmetallischen Ursprungs sein. Beispielsweise sind dies überwiegend Li, Na, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Cr, Mn, Al, Ti, etc.
Die erfindungsgemäße Lösung baut durch die Schaffung einer kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit durch Integration bzw. wenigstens teilweise Integration der Formgebungseinheit in der Erwärmungseinheit sehr kurz. Die kombinierte Erwärmungs- und Formgebungseinheit zeichnet sich somit durch eine geringe Baulänge aus. Hinsichtlich der Funktion sind auch keine Einschränkungen für den eigentlichen Umformvorgang zu verzeichnen, da reines Quarzglas als Formgebungswerkzeugwerkstoff keine Wärme oder Strahlung absorbiert und diese zum Ziehgut nahezu ohne Verluste durchlässt.
Die Erwärmungseinheit umfasst mindestens eine Infrarotheizeinrichtung, umfassend ein Infrarotheizelement, vorzugsweise eine Mehrzahl von in bestimmten Abständen zueinander in Vorschubrichtung des Ziehgutes angeordnete einzelne Infrarotheizeinrichtungen. Diese können dabei in Umfangsrichtung

a) geschlossen oder aber
b) unterteilt ausgeführt sein.

Die Ausführung gemäss b) kann dabei durch mehrere einzelne Heizelemente, die in Umfangsrichtung mit bestimmten Abständen zueinander angeordnet sind, realisiert werden. Ferner sind die Heizelemente im Querschnitt der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit betrachtet im einfachsten Fall in Umfangsrichtung ringförmig angeordnet.
Als Formgebungswerkzeuge finden

a) Pressstempel oder
b) Profilwalzen

a) hinsichtlich ihrer Lage ortsfest in der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit angeordnet sein oder aber
b) hinsichtlich ihrer Lage veränderbar.

Die Möglichkeit gemäss b) wird durch eine Lagerung der Pressstempel verschiebbar in einem Winkel zur Vorschubrichtung des Ziehgutes erzielt.
Vorzugsweise sind die Pressstempel senkrecht zum Ziehgut verschiebbar in der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit geführt und gelagert.
Die Geometrie durch das Formgebungswerkzeug wird beim Pressstempel durch Ausgestaltung der zueinander weisenden Außenflächen bestimmt. Durch Einarbeitung von Ausnehmungen mit beispielsweise eckigem oder halbkreisförmigem Querschnitt können unabhängig von der Geometrie des Ziehgutes im Ausgangszustand eckige oder kreisrunde Querschnitte im Endzustand erzielt werden.
Bei gleichbleibender Lage der Pressstempel wird eine kontinuierliche Querschnittsgeometrieänderung erzielt. Bei oszillierenden Pressstempeln, d. h. Führung in einem Winkel oder vorzugsweise senkrecht zum Ziehgut, können gleichmäßige oder ungleichmäßige Querschnittsänderungen über eine definierte Länge des Ziehgutes erzielt werden. Dieser Effekt kann durch die Variation der Geschwindigkeit der Bewegung der Pressstempel erhöht werden.
Bei Verwendung von Profilwalzen als Formgebungswerkzeug sind diese vorzugsweise ortsfest in der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit gelagert. Die Ausgestaltung der Außenfläche in Umfangsrichtung bestimmt dabei die Geometrie des Ziehgutes nach dem Umformvorgang. Für kontinuierliche Ziehprozesse mit kontinuierlicher Querschnittsänderung weist die Profilwalze in Umfangsrichtung immer den gleichen Querschnitt auf. Für kontinuierliche Ziehprozesse mit diskontinuierlichen Querschnittsänderungen ist die Profilwalze in Umfangsrichtung betrachtet durch eine Abfolge unterschiedlicher Querschnitte charakterisiert.
Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für diskontinuierliche Ziehprozesse geeignet, bei welchen die Zufuhrstrecke gleich der Abfuhrstrecke entspricht. In diesem Fall wird lediglich ein vorgeformtes Faserstabelement der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit zugeführt, wobei der in Vorschubrichtung vordere Teil lediglich einer Formgebung unterzogen wird und nach Beendigung des Formgebungsprozesses das Ziehgut entgegen der Vorschubrichtung wieder aus der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit herausgefahren wird. Die Abfuhrstrecke entspricht dabei der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungsstrecke und der Zufuhrstrecke.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Formgebungswerkzeug in Richtung des Ziehgutes betrachtet vorzugsweise mehrteilig ausgeführt. Das heißt, es sind mehrere Pressstempel- oder Profilwalzenanordnungen einander nachgeschaltet. Dies ermöglicht es, kleinere Einzelwerkzeuge einzusetzen, welche eine kürzere Wirkdauer auf das Ziehgut ausüben, um damit auf eine notwendige Kühlung des Werkzeuges zu verzichten.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht in stark vereinfachter Darstellung das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Umformen vorgeformter Faserstäbe während des Ziehprozesses;
2 verdeutlicht eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
3a bis 3d verdeutlichen mögliche Querschnittsgeometrieänderungen über eine bestimmte vordefinierte Länge des Ziehgutes;
4 verdeutlicht eine Weiterentwicklung gemäss 2 mit mehrteiligem Formgebungswerkzeug;
5 verdeutlicht eine alternative Ausführung des Formgebungswerkzeuges anhand einer Vorrichtung gemäss 2;
6 verdeutlicht anhand einer Ausführung gemäss 5 eine zweigeteilte Ausführung des Formgebungswerkzeuges;
7 verdeutlicht eine Ausführung zum Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens im diskontinuierlichen Ziehprozess.
Die 1 verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung anhand einer erfindungsgemäß gestalteten Vorrichtung 1 zum Umformen von vorgeformten Faserstäben am Beispiel einer Vorrichtung 1.1 zur Realisierung eines kontinuierlichen Ziehprozesses mit der zusätzlichen Möglichkeit einer Querschnittsgeometrieänderung des Ziehgutes das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung 1.1 umfasst eine kombinierte Erwärmungs- und Formgebungseinheit 2 in Form eines Ofens 3, in welchem eine Formgebungseinheit 33, umfassend mindestens ein Formgebungswerkzeug 4 angeordnet ist. Ferner ist eine Zufuhrstrecke 5 für das Ziehgut 6, welches in Form eines vorgeformten Glasfaserstabes vorliegt, und eine Abfuhrstrecke 7 vorgesehen. Die Zufuhrstrecke 5 ist dabei in Vorschubrichtung, d. h. Bewegungsrichtung des Ziehgutes 6 vor der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit 2 geschaltet, während die Abfuhrstrecke 7 dieser nachgeordnet ist. Das Ziehgut 6 liegt in Form eines Stranges, beispielsweise eines Glasstabes, vor, wobei dieser durch einen bestimmten Querschnitt mit einer Querschnittsgeometrie und Abmessungen charakterisiert ist. Beispielsweise weist der Ausgangsquerschnitt A_A des Ziehguts 6 einen kreisrunden Querschnitt auf.
Die Erwärmungseinheit 34, insbesondere der Ofen 3, beschreibt wenigstens mit seinen Abmessungen in Vorschubrichtung in der Regel jedoch mit ihrem Wirkungsbereich auf das Ziehgut 6 in Vorschubrichtung die Erwärmungsstrecke 13. Die Formgebungseinheit 33 beschreibt wenigstens mit ihren geometrischen Abmessungen eine Formgebungsstrecke 32. Erfindungsgemäß ist die Formgebungseinheit 33, insbesondere das Formgebungswerkzeug 4 und damit die Formgebungsstrecke 32 wenigstens teilweise innerhalb der Erwärmungsstrecke 13 angeordnet. Als Erwärmungsmedium findet kurzwellige Infrarot-Strahlung Verwendung und das Formgebungswerkzeug 4 ist wenigstens teilweise aus Quarzglas hergestellt. Dabei sind wenigstens die an der Formgebung und damit Einwirkung auf das Ziehgut 6 beteiligten Teile des Formgebungswerkzeuges 4 aus Quarzglas hergestellt. Vorzugsweise ist das Formgebungswerkzeug 4 vollständig aus Quarzglas gefertigt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die vorgeformten Faserstäbe im Ziehprozess erwärmt und zeitgleich oder noch während der Erwärmung der Formgebungseinheit 33, insbesondere dem Formgebungswerkzeug 4 ausgesetzt. Auf Grund der Ausgestaltung des Formgebungswerkzeuges wenigstens teilweise aus Quarzglas und der Verwendung kurzwelliger Infrarotstrahlung als Erwärmungsmedium kann die Wärmestrahlung nahezu ohne Verluste auf das Ziehgut 6 durch das Formwerkzeug 4 geleitet werden. Der Umformvorgang kann somit bereits in die Erwärmungszeitdauer, welche durch das Durchlaufen der Erwärmungsstrecke 13 das Ziehgut 6 charakterisiert ist, vorgelagert werden, wobei je nach Anordnung des Formgebungswerkzeuges 4 die Erwärmung des Ziehgutes 6 zeitgleich oder zeitlich vorverlagert zum Umformvorgang erfolgt. Die Vorrichtung 1. baut somit kleiner, und es kann ein höherer Durchsatz erzielt werden. Die Gesamtheit aus Erwärmungsstrecke 13 und Formgebungsstrecke 32 wird als kombinierte Erwärmungs- und Formgebungsstrecke 10 bezeichnet.
Die 2 verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung anhand eines Querschnittes durch eine kombinierte Erwärmungs- und Formgebungseinheit 2 gemäss 1 das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Formgebung im kontinuierlichen Ziehprozess mit Änderung der Querschnittsgeometrie des Ziehgutes 6. Zu erkennen ist die kombinierte Erwärmungs- und Formgebungseinheit 2, umfassend eine Erwärmungseinheit 34, beispielsweise in Form eines Ofens 3, der von in einem Gehäuse in bestimmten Abständen a₁ und a₂ in Vorschubrichtung zueinander angeordneten Heizeinrichtungen 9.1 bis 9.3, welche als Infrarot-Heizelemente ausgeführt sind, gebildet wird. Diese umschließen das Ziehgut 6 in einem Abstand zu diesem in Umfangsrichtung. Vorzugsweise umschließt die einzelne Heizeinrichtung 9.1 bis 9.3 das Ziehgut 6 vollständig in Umfangsrichtung. Jede Heizeinrichtung 9.1 bis 9.3 umfasst dazu wenigstens ein Heizelement 35.1 bis 35.3. Denkbar sind jedoch auch Ausführungen, mit in Umfangsrichtung mit entsprechenden Abständen benachbart zueinander angeordneten Einzelheizelementen. Zur Formgebung ist ein Formgebungswerkzeug 4 vorgesehen. Dieses ist für die Ausführung gemäss 2, in vereinfachter Darstellung über die Erwärmungs- und Formgebungsstrecke 10 betrachtet, einteilig ausgeführt. Das Formwerkzeug 4 umfasst dabei zwei oszillierende Pressstempel 11 und 12, welche im Ofen 3 in einem Winkel zur Erwärmungs- und Formgebungsstrecke 10 geführt sind. Vorzugsweise erfolgt die Führung der Pressstempel 11 und 12 senkrecht zur Erwärmungs- und Formgebungsstrecke 10, d. h. in einem Winkel von ca. 90° zu dieser. Wesentlich ist, dass das Formgebungswerkzeug 4 bzw. zumindest ein Teil dessen, hier die Pressstempel 11 und 12, innerhalb der Erwärmungsstrecke 13, welche durch den Wirkungsbereich der Heizelemente 9.1 bis 9.3 innerhalb der Erwärmungs- und Formgebungsstrecke 10 charakterisiert ist, angeordnet sind. Dem Formgebungswerkzeug 4, hier den Pressstempeln 11 und 12, ist dabei jeweils ein Antrieb 14 und 15 zugeordnet, welcher sich außerhalb des Ofens 3 befindet und die miteinander derart steuerungstechnisch gekoppelt sind, dass die beiden Pressstempel 11 und 12 gegenüber dem Ziehgut 6 die gleichen oszillierenden Bewegungen ausführen. Dies bedeutet, dass bei Bewegung des Pressstempels 11 in Richtung des Ziehgutes 6 auch der Pressstempel 12 sich in Richtung auf das Ziehgut 6 bewegt. In Analogie erfolgt bei Bewegung des Pressstempels 11 vom Ziehgut 6 weg in Richtung des Ofens 3 eine Bewegung des Pressstempels 12 in der gleichen Richtung. Entsprechend des gewünschten einzustellenden Querschnittes am Ziehgut 6 sind formgebende Teile 16 und 17 der Pressstempel 11 und 12, welche mit ihren zueinander weisenden Flächen 18 und 19 Formgebungsflächen bilden, entsprechend dem gewünschten Querschnitt hinsichtlich Geometrie und Abmessungen ausgestaltet. Ist beispielsweise, wie in der 2 dargestellt, ein Endquerschnitt A_E in Form eines Vierecks gewünscht, ist der formgebende Teil 16 bzw. 17 im Querschnitt betrachtet v-förmig ausgeführt, d. h., die zueinander weisenden Flächen 18 und 19 werden jeweils von zwei in einem Winkel, vorzugsweise einem Winkel von 90°, zueinander angeordneten Schenkeln 20.1 und 20.2 für den Pressstempel 11 und 20.3 und 20.4 für den Pressstempel 12 gebildet. Entsprechend der Länge der Schenkel kann der Endquerschnitt quadratisch oder rechteckig ausgebildet werden. Der Endquerschnitt wird dabei durch den theoretisch gebildeten Querschnitt bei Zusammenwirken der beiden formgebenden Teile 16 und 17 gebildet. Entscheidend ist dabei, dass im Formgebungsendzustand beide formgebenden Teile 16 und 17 nahezu aneinander aufliegen, so dass das Ziehgut 6 in Umfangsrichtung durch die zueinander weisenden Flächen 18 und 19 der beiden formgebenden Teile 16 und 17 hinsichtlich seiner Verformungsrichtung in Umfangsrichtung begrenzt ist.
Als Formwerkzeugwerkstoff, insbesondere für die formgebenden Teile 16 und 17, der Pressstempel 11 und 12 wird vorzugsweise reines Quarzglas verwendet. Dabei kann die kurzwellige Infrarotstrahlung als Erwärmungsmedium durch das Werkzeug, d. h. das Formwerkzeug 4, durchgelassen werden. Es erfolgt keine Wärme- und/oder Strahlungsabsorption. Bezüglich der konkreten konstruktiven Ausgestaltung der Führung der Pressstempel 11 und 12 bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Diese liegen im Ermessen des zuständigen Fachmannes und hängen vom konkreten Einzelfall ab. Gemäss einer besonders vorteilhaften Lösung sind nicht nur der formgebende Teil 16 bzw. 17, sondern auch ein Teil des Stempelhalters 22 bzw. 23 aus reinem Quarzglas ausgeführt. Der Stempelhalter 22 bzw. 23 ist verschiebbar im Gehäuse gelagert.
Bei den in den 1 und 2 dargestellten Lösungen kann entsprechend der Ansteuerung des Formwerkzeuges 4 eine kontinuierliche Endquerschnittsänderung oder aber eine diskontinuierliche Endquerschnittsänderung im kontinuierlichen Ziehprozess erzeugt werden. Beispiele sind in den 3a bis 3d verdeutlicht. Die dort dargestellten Querschnittsgeometrien an einem Ziehgutstrang 6 verdeutlichen lediglich beispielhaft einen Bruchteil der Möglichkeiten, wie sie sich durch die Steuerung der Bewegung der Pressstempel 11 und 12 und die Verweildauer in den einzelnen Positionen ergeben.
Gemäss 3a1 wird eine über die Länge l_3a des Ziehgutes 6.3a gleichmäßige Querschnittflächengeometrie A_E hinsichtlich Form und Abmessungen erzeugt, wie sie sich beispielsweise an den einzelnen Stellen A₁ und A₂ ergibt. Zur Realisierung dieses konstanten Endquerschnittes A_E über die Länge l_3a des gesamten Ziehgutes 6.3a verharrt das Formwerkzeug 4 entsprechend 3a2 für eine Ausführung gemäss 2 über den gesamten Ziehprozess in der in der 3a2 dargestellten Stellung. Dies bedeutet, dass die beiden zueinander weisenden Flächen 18 und 19 an den formgebenden Teilen 16 und 17 immer die gleiche Position zueinander einnehmen. Während des Ziehprozesses erfolgt somit keine Bewegung der einzelnen Pressstempel 11 und 12 gegeneinander. Die in der 3a dargestellte Lösung ist sowohl für kontinuierliche Ziehprozesse mit kontinuierlicher Querschnittsänderung bei gleichbleibender Querschnittsgrundgeometrieform als auch für kontinuierliche Ziehprozesse mit kontinuierlicher Querschnittsänderung mit Änderung der Querschnittsgrundgeometrieform geeignet.
Die 3b1 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung eines Ziehgutes 6.3b im Endzustand, d. h. nach Passieren der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit 2 gemäss einer der 1 oder 2. Das Ziehgut 6.3b liegt als Strang mit beliebiger Länge vor, beispielhaft ist hier ein Teilbereich mit einer Länge l_3b herausgegriffen. Dieser weist über die Bereichslänge l_3b Jeweils zwei Bereiche mit unterschiedlicher Querschnittsgeometrie auf, die durch einen Übergangsbereich miteinander verbunden sind. Die Querschnitte der ersten Bereiche sind dabei mit A_1(3b1-1) bis A_1(3b1-n) bezeichnet. Der zweite Querschnittsbereich ist durch eine Querschnittsfläche A_2(3b1-n) bis A_2(3b1-n) charakterisiert. Im dargestellten Fall sind dabei die Querschnittsflächen A_(1(3b1-1) bis A_1(3b1-n) beispielsweise mit einem kreisrunden Querschnitt ausgeführt, während die Querschnittsflächen A_2(3b1-1) bis A_2(3b1-n) durch einen mehreckigen, beispielsweise viereckigen, Querschnitt charakterisiert sind. Die Übergangsbereiche sind durch die Bereiche mit der Querschnittsänderung ΔA_3(3b1-1) bis ΔA_3(3b1-n) gekennzeichnet. Diesen ist in der Regel keine eindeutige Querschnittsgeometrie über ihre Erstreckung mehr zuordenbar, da sich in diesem Bereich der Übergang zwischen kreisrund zu eckig vollzieht. Für die Ansteuerung der Pressstempel 11 und 12, d. h. des Formwerkzeuges 4, bedeutet dies, dass diese während des Durchlaufprozesses des Ziehgutes 6.3b durch die Erwärmungs- und Formgebungsstrecke 10 hinsichtlich der Lage der Pressstempel 11 und 12 gegenüber dem Ziehgut 6.3b gesteuert werden. Zur Erzeugung der Querschnittsflächen A_2(3b1-1) bis A_2(3b1-n) befinden sich die beiden Pressstempel 11 und 12 über eine konstante Zeitdauer Δt_A2 in der gemäss 3b2 dargestellten Lage II. Dies bedeutet, dass die zueinander weisenden Flächen 18 und 19 durch die beim Zusammenwirken beschriebene Querschnittsfläche die Querschnittsfläche A_2(3b1-1) bzw. A_2(3b1-n) beschreiben.
Die 3b3 verdeutlicht die Stellung der beiden Pressstempel 11 und 12 zueinander zur Erzeugung des Querschnittes A_1(3b1-1) bzw. A_1(3b1-n). In diesem Fall befinden sich beide Pressstempel 11 und 12 in einer Position I gegenüber dem Ziehgut 6.3b, die keine Berührung mit der Außenfläche 24 des Ziehgutes 6.3b erlaubt und damit auch keinerlei Einwirkung des Formgebungswerkzeuges 4 auf die Form und die Dimension des Ziehgutes 6.3b. Der Übergangsbereich ΔA_3(3b1-1) bis ΔA_3(3b2-n) ist dabei durch die allmähliche Positionsänderung der Pressstempel 11 und 12 aus der in der 3b2 dargestellten Position II in die in 3b3 dargestellte Position I und umgekehrt charakterisiert. Dabei erfolgt vorzugsweise eine kontinuierliche bzw. stetige Positionsänderung der einzelnen Pressstempel 11 bzw. 12, vorzugsweise der wenigstens formgebenden Teile 16 und 17 zueinander und gegenüber dem Ziehgut.
Die in der 3b dargestellte Lösung ist sowohl für kontinuierliche Ziehprozesse mit kontinuierlicher Querschnittsänderung bei gleichbleibender Querschnittsgrundgeometrieform als auch für kontinuierliche Ziehprozesse mit kontinuierlicher Querschnittsänderung mit Änderung der Querschnittsgrundgeometrieform geeignet.
Bei der in der 3b dargestellten Möglichkeit sollen abrupte Querschnittsänderungen und Dimensionsänderungen vermieden werden, so dass immer ein entsprechend nahezu definierter Übergangsbereich vorhanden ist. Der Übergangsbereich gemäss 3b ist dabei durch einen vorbestimmbaren definierten Verlauf durch die Wirkung des Formgebungswerkzeuges und eine Dimensionsänderung des Ziehgutes 6.3b charakterisiert. Es ist jedoch auch denkbar, zwischen den einzelnen Querschnittsbereichen unbestimmte Übergänge zu erzeugen. Diese Möglichkeit ist in der 3c dargestellt.
Die 3c verdeutlicht dabei anhand eines Ausschnittes aus einem Ziehgutstrang 6.3c die nach der Formgebung vorliegenden Querschnittsabfolgen über eine Länge l_3c. Auch diese sind durch im wesentlichen zwei unterschiedliche Querschnittsflächenbereiche charakterisiert. Einen ersten Querschnittsbereich A_1(3c1-1) und einen zweiten Querschnittsbereich A_2(3c1-1). Zwischen diesen sind im Übergang unbestimmte Übergangsbereiche ΔA_3(3c1-1) vorgesehen. Auch hier ist der Querschnitt A_1(3c1-1) beispielsweise kreisrund, während der zweite Querschnittsbereich mit einem Querschnitt A_2(3c1-1) durch einen eckigen Querschnitt charakterisiert ist. Der Querschnittsbereich A_2(3c1-1) wird dabei in Analogie zu den Ausführungen in 3b2 durch eine über eine Zeitdauer Δt_A2 andauernde Positionierung des Formwerkzeuges 4 charakterisiert. Zur Erzeugung des Querschnittes A_1(3c1-1) befindet sich das Formwerkzeug in der entsprechenden Stellung gemäss 3b3. Der Übergang zwischen den zwei Funktionszuständen des Presswerkzeuges erfolgt jedoch abrupt, d. h. es erfolgt kein stetiges allmähliches Auseinanderbewegen der beiden Pressstempel 11 und 12, sondern ein rasches Wegbewegen der beiden Pressstempel innerhalb einer vergleichbar kurzen Zeitdauer vom Ziehgut 6.3c.
Die 3b und 3c verdeutlichen mögliche Steuerungen des Formwerkzeuges 4 mit gleichen Formgebungsintervallen. Es ist jedoch auch denkbar, das Formwerkzeug 4 derart anzusteuern, dass über eine bestimmte Länge l_3d gemäss 3d weitere unterschiedliche Querschnittsgeometrien erzeugt werden. Bei der in der 3d dargestellten Ausführung wird über den Längenbereich l_3d das Ziehgut mit einer Abfolge unterschiedlicher Querschnittsflächenformen und Querschnittsdimensionen ausgeführt. Diese werden durch eine diskontinuierliche Steuerung des Formwerkzeuges 4 erzeugt. Demgegenüber verdeutlichen die in den 3b und 3c dargestellten Ausführungen das Ergebnis gleichmäßiger Steuervorgangsabfolgen über einen bestimmten Längenbereich des Ziehgutstranges für das Formwerkzeug 4. Die Ansteuerung des Formwerkzeuges 4 kann dabei entsprechend den gewünschten Endresultaten erfolgen, wobei die Steuerung entsprechend programmiert werden muss. Als Steuergrößen fungieren dabei neben der Form der Pressstempel, die die Lage der Pressstempel 11 und 12 charakterisierenden Koordinaten, die Verweildauer in dieser Position, die Vorschubgeschwindigkeit der Pressstempel 11 und 12 sowie die Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes 6. Durch geeignete Kombination und Variation dieser einzelnen Parameter ist es möglich, das Ergebnis des Ziehprozesses zu beeinflussen. Bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes 6 wird dabei die in der 3d dargestellte Geometrieänderung über die Länge l_3d wie folgt erzielt:
Der erste Querschnittsbereich A_13d1 ist durch die Position der Pressstempel 11 und 12 gemäss der in der 3b3 dargestellten Ausführung charakterisiert. Die Querschnittsgeometrie ist durch einen kreisrunden Querschnitt charakterisiert. Die Dimension ist gegenüber dem Ausgangsquerschnitt unverändert. Der Querschnitt A_23d1-1 ist durch eine Position der Pressstempel über eine Zeitdauer Δt₁ in der 3b2 dargestellten Position charakterisiert. Der Querschnitt ist rechteckig. Der Übergang ΔA_33d1-1 ist durch einen unbestimmten Querschnittsverlauf gekennzeichnet, wobei dieser durch eine sehr hohe Vorschubgeschwindigkeit der Pressstempel in die zur Erzeugung der Querschnittsgeometrie A_23d1-1 charakterisierten Lage erzeugt wird. Der Bereich A_13d1-2 ist durch eine Querschnittsgeometrie wie der Ausgangsquerschnitt gekennzeichnet, die Länge wird durch die Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes 6.3d beeinflusst.
Der Übergangsbereich zwischen dem Bereich A_23d1-1 und A_13d1-2, welcher hier mit ΔA_33d1-2 charakterisiert ist, ist bestimmt. Dies bedeutet, dass die Lageänderung der Pressstempel zueinander zwischen den zwei zu erzeugenden Querschnittsbereichen stetig, d. h. mit gleichbleibender Geschwindigkeit, erfolgt. In Analogie gilt dies dann auch für den Übergang von dem Querschnittsbereich A_13d1-2 zum Querschnittsbereich A_23d1-2, welcher hier mit ΔA_33d1-3 bezeichnet ist. Der Bereich A_23d1-2 wird dabei durch die Position des Formwerkzeuges 4 gemäss 3b2 Zeitdauer Δt₂ erzeugt.
Die in den 3a bis 3d dargestellten möglichen Ausführungen für die erzeugbaren Geometrieänderungen über einen bestimmten Längenbereich l sind lediglich Beispiele und wurden zur Verdeutlichung immer über kurze Längen des Ziehgutes vorgenommen. In der Regel werden Geometrieänderungen jeweils über längere Abschnitte vorgenommen. Jegliche weitere Geometrieänderungen im kontinuierlichen Ziehprozess sind denkbar und hängen im wesentlichen von der Steuerung des Formwerkzeuges 4 sowie der Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes ab.
Die 4 verdeutlicht eine Weiterentwicklung einer Ausführung gemäss 2. Diese ist durch eine mehrteilige Ausführung des Formwerkzeuges 4 charakterisiert. Dieses ist im dargestellten Fall über die Erwärmungs- und Formgebungsstrecke 10 zweiteilig ausgeführt. Dieses umfasst neben den beiden Pressstempeln 11.1 und 12.1, welche den ersten Teil des Formgebungswerkzeuges 4. das Formwerkzeug 4.1 bilden, die beiden Pressstempel 11.2 und 12.2, welche den zweiten Teil des Formgebungswerkzeuges 4, das Formwerkzeug 4.2 bilden und die Vorschubrichtung des Ziehgutes 6 dem ersten Teil 4.1 nachgeordnet sind. Dabei befindet sich der erste Teil, d. h., das Formwerkzeug 4.1 im Bereich der Erwärmungsstrecke 13, während der zweite Teil, das Formwerkzeug 4.2 der Erwärmungsstrecke 13 nachgeordnet ist, sich jedoch innerhalb der Gesamtheit von Erwärmungs- und Formgebungsstrecke 10 befindet. Mit dieser Lösung wird es möglich, auf eine bei alleiniger Verformung in der Erwärmungsstrecke 13 erforderliche Kühlung des Formwerkzeuges 4.1 zu verzichten, da ein Teil des Formgebungsprozesses außerhalb der Erwärmungsstrecke 13, d. h. bereits während des Abkühlungsprozesses des Ziehgutes 6, erfolgt. Die Steuerung der Einzelteile 4.1 und 4.2 des Formgebungswerkzeuges 4 ist dabei bei diskontinuierlicher Querschnittsänderung über eine Länge l des Ziehgutes derart aufeinander abzustimmen, dass der zweite Teil, das Formwerkzeug 4.2 des Formgebungswerkzeuges 4 im auch tatsächlich im bereits mittels dem ersten Teil 4.1 verformten Bereich zum Einsatz gelangt. Bei kontinuierlicher Querschnittsänderung über die gesamte Länge des Ziehgutes 6 ist diese Maßnahme nicht erforderlich. Bei dieser genügt die entsprechende Anordnung beider Werkzeugteile zueinander in der gleichen Position in einem bestimmten Abstand a in Vorschubrichtung zueinander.
Im ersten Fall, d. h. bei diskontinuierlicher Querschnittsveränderung, erfolgt die Ansteuerung des zweiten Teiles 4.2 zeitlich versetzt und analog zur Ansteuerung des ersten Teiles 4.1 des Formgebungswerkzeuges 4. Im zweiten Fall, d. h., bei kontinuierlicher Querschnittsveränderung sind beide Formwerkzeuge ständig im Einsatz.
Die 5a verdeutlicht eine zur 2 alternative Ausführung zur Realisierung einer kontinuierlichen Querschnittsänderung im kontinuierlichen Ziehprozess. Der Grundaufbau der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit entspricht dem in der 2 beschriebenen. Allerdings ist das Formwerkzeug 4.2 durch eine andere Ausgestaltung charakterisiert. Dieses umfasst zwei miteinander in Wirkverbindung bringbare Profilwalzen 25 und 26, welche in einem Axialschnitt in Vorschubrichtung betrachtet mit ihren Außenumfängen 27 und 28 das Profil des gewünschten Endquerschnittes A_E beschreiben. Dazu sind in Umfangsrichtung der Profilwalzen 25 und 26 an ihren Außenumfängen 27 und 28 entsprechend verlaufende Ausnehmungen 29 und 30 vorgesehen. Die Profilwalzen 25 und 26 sind ortsfest im Ofen 3 gelagert. Auch diese sind vorzugsweise aus reinem Quarzglas ausgeführt, so dass bei Anordnung innerhalb der Erwärmungsstrecke 13 keine Strahlungswärmeabsorption erfolgt.
Zur diskontinuierlichen Querschnittsänderung – Form und/oder Abmessung kann bei entsprechend großer Profilwalze diese über den Außenumfang mit unterschiedlich tiefen Ausnehmungen ausgestaltet sein, beispielsweise wie in 5b verdeutlicht. Mit der dort dargestellten Ausführung können zwei unterschiedliche Geometriebereiche am Ziehgut erzeugt werden. Beide Ausnehmungen, die erste Ausnehmung 36 und die zweite Ausnehmung 37 erstrecken sich dabei in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich von 0° bis 180° am Außenumfang 28 der Profilwalze 26.5b. Andere Ausführungen sind denkbar.
Die 6 verdeutlicht anhand einer Ausführung gemäss 5 eine mögliche Weiterentwicklung in Analogie zur Ausführung gemäss 4 mit zweigeteilter Ausführung des Formwerkzeuges 4.5. In diesem Fall umfasst das Formwerkzeug 4.5 zwei Teile 4.51 und 4.52, wobei das Formwerkzeug 4.51 durch die Profilwalzen 25 und 26 charakterisiert ist, während der zweite Teil des Formwerkzeuges 4.5, hier mit 4.52 bezeichnet, durch die Profilwalzen 25.2 und 26.2 charakterisiert ist. Der zweite Teil des Formwerkzeuges 4.52 ist dabei außerhalb der Erwärmungsstrecke 13, d. h. in Vorschubrichtung dieser nachgeordnet innerhalb der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungsstrecke angeordnet, wobei die Anordnung bereits im sich an den Erwärmungsbereich 13 anschließenden Abkühlungsbereich 31 erfolgt.
7 verdeutlicht eine weitere Ausführungsmöglichkeit zum Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in diskontinuierlichem Ziehprozess. 7 verdeutlicht dabei den Grundaufbau der Vorrichtung 1.7, wobei diese durch die kombinierte Erwärmungs- und Formgebungseinheit 2.7 charakterisiert ist, die einer Zufuhrstrecke 5.7 nachgeschaltet ist. Die Rückfuhr erfolgt dabei nicht nach Durchlaufen der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit 2.7, sondern durch die Rückfuhr zur Zufuhrstrecke 5.7, welche gleichzeitig auch die Abfuhrstrecke 7.7 bildet. Dies bedeutet, dass lediglich Ziehgut 6.7 mit einer vordefinierten Länge l₇ mit der Vorrichtung 1.7 behandelt werden kann. Der Grundaufbau der Vorrichtung 2.7 kann dabei dem in den 2 bis 6 beschriebenen entsprechen, wobei jedoch nur der in Vorschubrichtung bis zum Formwerkzeug 4 geführte Bereich des Ziehgutes 6.7 der entsprechenden Verformung unterworfen wird, während der sich daran anschließende Bereich in seiner ursprünglichen geometrischen Gestalt verbleibt.

1.1.5: Vorrichtung zum Umformen von vorgeformten Faserstäben
1.7: Vorrichtung zur Realisierung eines diskontinuierlichen Ziehprozesses mit Möglichkeit der Querschnittsveränderung des Ziehgutes
2; 2.4; 2.5, 2.7: kombinierte Erwärmungs- und Formgebungseinheit
3: Ofen
4: Formwerkzeug
4.1, 4.51: erster Teil des Formwerkzeuges
4.2, 4.52: zweiter Teil des Formwerkzeuges
5, 5.7: Zufuhrstrecke
6, 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.5, 6.7: Ziehgut
7, 7.7: Abfuhrstrecke
8: Gehäuse
9.1; 9.2; 9.3: Infrarotheizeinrichtung
10: Erwärmungs- und Formgebungsstrecke
11: Pressstempel
12: Pressstempel
13: Erwärmungsstrecke
14: Antrieb
15: Antrieb
16: formgebender Teil
17: formgebender Teil
18: zueinander weisende Flächenbereiche am Stempel
19: zueinander weisende Flächenbereiche am Stempel
20.1, 20.2: Schenkel
21.1, 21.2: Schenkel
22 Stempelhalter
23: Stempelhalter
24: Außenfläche
25, 25.2: Profilwalze
26, 26.2
26.5b: Profilwalze
27: Außenumfang
28: Außenumfang
29: Ausnehmung
30: Ausnehmung
31: Abkühlbereich
32: Formgebungsstrecke
33: Formgebungseinheit
34: Erwärmungseinheit
35: Heizelemente
36: Ausnehmung
37: Ausnehmung
A_E: Endquerschnitt
A_A: Ausgangsquerschnitt des Ziehgutes
A_N: Querschnittsbereiche

Claims

Verfahren zur Umformung von transparenten oder semitransparenten Gläsern ausgenommen Quarzglas in Form von Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) im Ziehprozess; 1.1 bei welchem das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) erwärmt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.2 das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) wird mittels einer Formgebungseinheit (33), umfassend wenigstens ein Formgebungswerkzeug (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52) umgeformt; 1.3 das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) wird über eine vordefinierbare Länge in Vorschubrichtung mittels Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von einschließlich 760 nm bis 1 mm erwärmt; 1.4 zum Umformen wird ein Formgebungswerkzeug (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52) verwendet, das wenigstens mit dem auf das Ziehgut einwirkenden Teil aus Quarzglas besteht; 1.5 die Formgebungseinheit (33) wirkt während des Erwärmungsvorganges auf das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) ein.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgebungswerkzeug (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52) vollständig aus Quarzglas besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkung der Formgebungseinheit (33) auf das Ziehgut zeitgleich mit dem Beginn des Erwärmungsvorganges erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkung der Formgebungseinheit (33) während des Erwärmungsvorganges auf bereits vorgewärmtes Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet; dass die Einwirkung der Formgebungseinheit (33) auf das Ziehgut (6.4; 6.6; 6.7) noch eine bestimmte Zeitdauer nach Beendigung des Erwärmungsvorganges andauert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wirkung der Formgebungseinheit (33) nach dem Umformvorgang die Grundgeometrie des Endquerschnittes A_E des Ziehgutes (6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) der Grundgeometrie des Ausgangsquerschnittes A_A des Ziehgutes (6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) vor dem Umformvorgang entspricht und nur eine Änderung des Querschnittsflächeninhaltes erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Flächeninhalte zwischen Ausgangsquerschnitt A_A des Ziehgutes (6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) und Endquerschnitt A_E als Funktion wenigstens einer der folgenden Größen – der Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes (6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7); – der Form des Formgebungswerkzeuges (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52); – der Vorschubgeschwindigkeit des Formgebungswerkzeuges (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52) steuerbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umformvorgang die Grundgeometrie des Endquerschnittes A_E des Ziehgutes (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) gegenüber der Grundgeometrie des Ausgangsquerschnittes A_A des Ziehgutes (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) verändert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Grundgeometrie zwischen Ausgangsquerschnitt A_A des Ziehgutes (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) und Endquerschnitt als Funktion der Vorschubgeschwindigkeit des Formgebungswerkzeuges (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52) und/oder der Form des Formgebungswerkzeuges (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52) steuerbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie der Querschnittsfläche über eine bestimmte vordefinierbare Länge des Ziehgutes (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziehgut (6; 6.3a) mit gleichmäßiger Vorschubgeschwindigkeit bewegt wird und das Formgebungswerkzeug (4) in der gleichen Position gegenüber dem Ziehgut (6; 6.3a) verharrt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine diskontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie über eine bestimmte vordefinierbare Länge des Ziehgutes (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie der Querschnittsfläche durch Änderung der Position eines oszillierenden Formgebungswerkzeuges (4; 4.1, 4.2) gegenüber dem Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie der Querschnittsfläche durch Änderung der Vorschubgeschwindigkeit des oszillierenden Formgebungswerkzeuges (4; 4.1, 4.2) gegenüber dem Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Änderung des Querschnittsflächeninhaltes und/oder der Grundgeometrie der Querschnittsfläche durch Änderung der Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4) für eine vordefinierbare Länge des Ziehgutes (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4) erzeugt wird.
Vorrichtung (1; 1.5; 1.7) zum Umformen von transparenten oder semitransparenten Gläsern ausgenommen Quarzglas in Form von Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) während des Ziehprozesses 16.1 mit einer Zufuhrstrecke (5; 5.7) und einer Abfuhrstrecke (7; 7.7); 16.2 mit einer Erwärmungseinheit (34), deren Wirkungsbereich auf das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) in Vorschubrichtung eine Erwärmungsstrecke (13) beschreibt, und einer Formgebungseinheit (33), deren Einwirkbereich auf das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) eine Formgebungsstrecke (32) charakterisiert; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 16.3 die Erwärmungseinheit (34) umfasst mindestens eine Infrarotheizeinrichtung (9.1, 9.2, 9.3), welche das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) in Umfangsrichtung wenigstens teilweise umschließt; 16.4 die Formgebungseinheit (33) umfasst wenigstens ein Formgebungswerkzeug (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52), welches wenigstens teilweise innerhalb der Erwärmungsstrecke (1.3) angeordnet ist; 16.5 das Formgebungswerkzeug (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52) besteht wenigstens in dem auf das Ziehgut einwirkenden Teil aus Quarzglas; 16.6 die Erwärmungseinheit (34) und die Formgebungseinheit (33) sind zu einer baulichen Einheit in Form einer kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit (2; 2.4; 2.5; 2.7) zusammengefasst.
Vorrichtung (1; 1.5; 1.7) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgebungswerkzeug (4; 4.1, 4.2; 4.51; 4.52) vollständig aus Quarzglas besteht.
Vorrichtung (1; 1.5; 1.7) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Infrarotheizeinrichtungen (9.1, 9.2, 9.3) vorgesehen ist, welche im bestimmten Abstand (a) zueinander in Vorschubrichtung betrachtet in der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit (2; 2.4; 2.5; 2.7) angeordnet sind.
Vorrichtung (1; 1.5; 1.7) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Infrarotheizeinrichtung (9.1, 9.2, 9.3) das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) in Umfangsrichtung vollständig umschließt.
Vorrichtung (1; 1.5, 1.7) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Infrarotheizeinrichtung (9.1, 9.2, 9.3) eine Mehrzahl von Infrarotheizelementen (35.1, 35.2, 35.3) umfasst, welche in Umfangsrichtung um das Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) in der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit (2; 2.4; 2.5; 2.7) angeordnet sind.
Vorrichtung (1; 1.5; 1.7) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebungseinheit (33) ein einteiliges Formgebungswerkzeug (4) umfasst.
Vorrichtung (1.5; 1.7) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgebungswerkzeug (4.1, 4.2; 4.51; 4.52) in Vorschubrichtung mehrteilig ausgeführt ist.
Vorrichtung (1;) nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgebungswerkzeug (4; 4.1, 4.2) zwei beidseitig des Ziehgutes (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4) angeordnete Pressstempel (11, 12) umfasst, deren zueinander weisende Außenfläche (18, 19) die Geometrie des Ziehgutes (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4) im Endzustand charakterisieren.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressstempel (11, 12) ortsfest in der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit (2; 2.4) gelagert sind und ihre Außenflächen (18, 19) einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressstempel (11, 12) in einem Winkel verschiebbar zum Ziehgut (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4) in der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungseinheit (2; 2.4) geführt sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit der Lageänderung der Pressstempel (11, 12) zueinander vorgesehen ist.
Vorrichtung (1.5) nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgebungswerkzeug (4.51; 4.52) zwei beidseits des Ziehgutes(6.5) angeordnete Profilwalzen (25, 26; 25.2; 26.2; 26.5b) umfasst.
Vorrichtung (1.5) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilwalzen (25, 26; 25.2; 26.2; 26.5b) ortsfest in der kombinierten Formgebungs- und Erwärmungseinheit (2; 2.4; 2.5) gelagert sind.
Vorrichtung (1.5) nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilwalzen (25, 26; 25.2; 26.2) in Umfangsrichtung betrachtet durch gleiche Querschnittsflächen charakterisiert sind.
Vorrichtung (1.5) nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilwalzen (26.5b) in Umfangsrichtung durch eine Änderung ihrer Querschnittsflächen charakterisiert sind.
Vorrichtung (1; 1.5; 1.7) nach Anspruch 17 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit des Ziehgutes (6; 6.3a; 6.3b; 6.3c; 6.3d; 6.4; 6.5; 6.6; 6.7) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1.; 1.5) nach einem der Ansprüche 17 bis 31, für kontinuierliche Ziehprozesse, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfuhrstrecke (7) sich an die kombinierte Erwärmungs- und Formgebungseinheit (2; 2.4; 2.5) anschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 31 für diskontinuierliche Ziehprozesse; dadurch gekennzeichnet, dass die Abfuhrstrecke (7) der kombinierten Erwärmungs- und Formgebungsstrecke und der Zufuhrstrecke (10) entspricht.