DE10333041B3 - Herstellungsverfahren für eine Vorrichtung zum Tragen eines Glaskörpers und damit hergestellte Tragevorrichtungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Tragen eines Glaskörpers mit den folgenden Schritten: DOLLAR A - achsparalleles Ausrichten einer Vielzahl von kohlenstoffhaltigen Fasern, DOLLAR A - Herstellen einer dichten Packung aus diesen Fasern, DOLLAR A - Verdrillen des derart hergestellten Faserstranges, DOLLAR A - Fixierung des verdrillten Faserstranges, DOLLAR A - Pyrolysieren des Faserstranges, DOLLAR A - Einbringen des pyrolysierten Faserstranges in einer siliziumhaltigen Gasatmosphäre, DOLLAR A - Keramisieren des Faserstranges DOLLAR A sowie eine damit erhältliche Tragevorrichtung.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Vorrichtung zum Tragen eines Glaskörpers, und die damit hergestellte Tragevorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen.
• Es ist bekannt, einen Glaskörper auf einem Luftkissen schweben zu lassen, so beispielsweise aus der JP 2000 154 027 A und der JP 200 095 531 A , welche eine Vorrichtung zum Formen von Glas offenbaren, bei der die Unterform gasdurchlässig ausgebildet ist. Durch Druckbeaufschlagung der Unterform strömt das Gas in Richtung des zu formenden Glases, wodurch dieses beabstandet von der Unterform in einem Schwebezustand gehalten wird.
• Um die Rotationssymmetrie des herzustellenden Glaskörpers zu gewährleisten, werden im Schrifttum unterschiedliche Ansätze herangezogen
• Die JP 82 592 42 A zeigt eine Vorrichtung zum Tragen eines Glaskörpers auf einem Luftbett. Sie verfügt hierbei über eine Vielzahl von Luftkanälen, welche gegenüber der Oberflächennormalen der Luftaustrittsfläche unterschiedlich geneigt sind. Im Betrieb rotiert die Vorrichtung um eine vertikale Achse, und damit auch die Kanäle über die der Glaskörper luftbeaufschlagt wird. Es entsteht ein kreiselndes Luftbett, dessen Radialkraft auf den Glaskörper zu dessen rotationssymmetrischen Ausformung führt.
• Um einen Glaskörper auf einem Luftkissen schweben zu lassen, lehrt die US 3,223,500 einen Tragkörper vorzusehen, bei dem die durchtretende Luft in mehreren, innerhalb einer Ebene angeordneten Kanälen mündet. Die Kanalebene wird in eine Drehbewegung versetzt, so dass die Luft wie bei einem Quirl in eine Rotationsbewegung gebracht wird, wodurch das Glasteil auf einem kreiselnden Luftkissen schwebt.
• Die DE 101 22 593 A1 beschreibt eine Tragevorrichtung für einen Glaskörper, welcher aus einem Holzkörper hergestellt wird. Sie nutzt hierbei die Tatsache aus, dass Holz von Natur aus über Kanäle verfügt, welche bei einer Pyrolysierung erhalten bleiben. Vor der Pyrolysierung wird das Holz um seine parallel zur Faserrichtung liegende Längsachse mechanisch verdrillt, so dass die aus dem pyrolysierten Holzkörper ausströmende Luft eine Strömungsrichtung besitzt, die schräg zur Gasaustrittsfläche steht. Hierdurch wird der Glaskörper auf einem kreiselnden Gasbett gehalten. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass sich mit diesem Verfahren nur Tragevorrichtungen mit einem kleinen Durchmesser geschaffen werden können, da die mechanischen Kräfte zum Verdrillen des Holzes mit zunehmendem Durchmesser stark zunehmen. Zudem bewirkt das Verdrillen der Holz-Rohlinge häufig das Entstehen von Rissen, welche dazu führen, dass der Tragekörper funktionsuntüchtig wird.
• Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Herstellungsverfahren für eine Vorrichtung zum Tragen eines Glaskörpers bereitzustellen, welches mit einem geringen Kraftaufwand durchführbar ist und zu einem Tragekörper führt, dessen Permeabilität vorgebbar ist. Weiterhin sollen die hergestellten Tragekörper auch beliebig große Durchmesser bzw. Gasaustrittsflächen aufweisen.
• Die Lösung dieses technischen Problems erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die abhängigen Ansprüche angegeben.
• Die verfahrensseitige Lösung des oben genannten technischen Problems besteht in einem ersten Verfahrensschritt darin, eine Vielzahl von Fasern achsparallel auszurichten und durch seitliche Krafteinwirkung eine dichte Packung dieser Fasern herzustellen. Auf diese Weise entsteht ein Faserbündel bzw. ein Faserstrang. Trotz des mechanischen Kontaktes zwischen den dicht gepackten Fasern gibt es zwischen diesen leere Zwischenräume, die für das nachfolgend hergestellte Produkt die Luftdurchtrittskanäle bzw. Luftkanäle bilden.
• Anschließend wird der hergestellte Faserstrang verdrillt. Zum Zwecke des Verdrillens kann der Faserstrang an seinem einen Ende eingespannt und an seinem anderen Ende durch Aufbringen eines Drehmomentes verdreht werden. Durch das Verdrehen wird sichergestellt, dass die Luftkanäle an ihrem austrittsseitigen Ende schräg zur Luftaustrittsebene stehen.
• Anschließend wird der Faserstrang pyrolysiert, wobei die Luftkanäle zwischen den einzelnen Fasern erhalten bleiben. Hierzu müssen die Fasern aus chemischen Verbindungen bestehen, die ausreichend Kohlenstoff enthalten. Beispiele hierfür sind Zellulose, Hanf oder Polyester.
• Anschließend wird der pyrolysierte Faserstrang für eine vorgegebene Zeit einem siliciumhaltigen Fluid ausgesetzt. Hierzu kann gasförmiges Silicium, Siliciummonoxid oder können organische Siliciumverbindungen in gasförmiger Form eingesetzt werden. Alternativ kann der Faserstrang auch mit einer siliciumhaltigen Lösung getränkt und anschließend getrocknet werden.
• Anschließend wird der Faserstrang keramisiert. Hierbei wird das eingebrachte Silicium ganz oder teilweise mit dem im Pyrolyseschritt frei gewordenem Kohlenstoff zu Siliciumcarbid umgewandelt oder zu anderen Siliciumverbindungen, wie beispielsweise Siliciumoxiden oder Siliciumnitriden.
• Der hergestellte Tragekörper weist Luftaustrittskanäle schräg zur Luftaustrittsebene auf, welche senkrecht auf der Achse stehen, um die die Fasern verdrillt sind.
• Tritt beim Einsatz des Tragekörpers ein Gas durch die besagten Luftkanäle des Tragekörpers hindurch und verlässt diesen in eine Richtung schräg zur Luftaustrittsfläche, so entsteht ein kreiselndes rotationssymmetrisches Luftbett, welches einen hinreichend heißen und damit formbaren Glasgob nicht nur schwebend hält, sondern auch zu einem rotationssymmetrischen Körper ausformt.
• Durch die beschriebene Vorgehensweise entsteht ein poröser Tragekörper, dessen Permeabilität durch die Wahl des oder der gewählten Faserdurchmesser vorgegeben werden kann. Wird nur ein Faserdurchmesser verwendet, so wächst die Permeabilität mit wachsendem Faserdurchmesser.
• Allgemein hängt die Kraft zum Halten des Glaskörpers auf dem Luftkissen von dem beaufschlagenden Gasdruck und von der Permeabilität des Tragekörpers ab. Bei konstantem Gasdruck kann die Haltekraft durch die Wahl des jeweiligen Faserdurchmessers zur Herstellung des Tragekörpers eingestellt werden.
• Das beschriebene Verfahren ermöglicht auch die Bereitstellung von Tragekörpern mit großem Durchmesser bzw. großen Gasaustrittsflächen. Dies ermöglicht beispielsweise bei der Herstellung von rotationssymmetrischen optischen Elementen wie Linsen aus Glaskörpern, sogenannte Glasgobs, auch Gobs mit größerem Durchmesser in einem Gas-Schwebebett zu halten, beispielsweise solche mit einem Durchmesser von mehr als 2 cm.
• Zur Bereitstellung des Gas-Schwebebetts kommen sämtliche Arten von Gas in Betracht, beispielsweise Luft und ein Edelgas wie Helium.
• Im Sinne der vorstehenden Ausführung ist es möglich, Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern einzusetzen. Hierzu ist es möglich, die Permeabilität variabler einzustellen und somit die Kraft auf den Gob präziser einzustellen.
• Zur Herstellung des Tragekörpers können Naturfasern verwendet werden, wie beispielsweise Hanf, Sisal, Wolle oder Seide. Bevorzugt werden hingegen Kunstfasern, weil diese einen reproduzierbareren Durchmesser aufweisen. Dies bedingt einerseits den Vorteil konstanterer Kanal- bzw. Porendurchmesser und damit eine höhere Konstanz der Permeabilität des Tragekörpers. Außerdem sind synthetische Fasern typischerweise länger als Naturfasern, so dass es möglich ist, aus einem Faserstrang mehr Tragekörper zu fertigen.
• Es wird bevorzugt wenn der Faserdurchmesser im Bereich von 20 μm bis 200 μm liegt. Für diesen Fall können Gobs von etwa 10 mm Durchmesser schwebend gehalten werden.
• Der vorrichtungsseitige Teil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zum Tragen eines Glaskörpers, welche mit dem oben genannten Verfahren erhältlich ist. Die Tragevorrichtung weist hierbei bevorzugt Kanäle mit einer lichten Weite von 0,1 bis 200 μm auf, bevorzugt von 1 bis 20 μm. Mit diesen Abmessungen ist es beispielsweise möglich, Gobs von 10 mm Durchmesser schwebend zu halten.
• Ein weiterer Vorzug der Haltevorrichtung besteht darin, dass die Vorrichtung im Betrieb drehfest angeordnet sein kann. Es ist somit keine Drehvorrichtung erforderlich, die den Tragekörper in eine Drehbewegung versetzt, was den apparativen Aufbau mindert.

Claims (8)

1. Herstellungsverfahren für eine Vorrichtung zum Tragen eines Glaskörpers mit den folgenden Schritten: – achsparalleles Ausrichten einer Vielzahl von kohlenstoffhaltigen Fasern, – Herstellen einer dichten Packung aus diesen Fasern, – Verdrillen des derart hergestellten Faserstranges; – Fixierung des verdrillten Faserstranges, – Pyrolysieren des Faserstranges, – Einbringen des pyrolysierten Faserstranges in ein siliciumhaltiges Fluid, – Keramisieren des Faserstranges
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Naturfasern verwendet werden, insbesondere Hanf, Sisal, Wolle oder Seide.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Kunstfasern verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserdurchmesser im Bereich 20 μm bis 200 μm liegt.
6. Vorrichtung zum Tragen eines Glaskörpers, erhältlich mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle eine lichte Weite von 0,1 bis 100 μm, bevorzugt von 1 bis 20 μm aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im Betrieb drehfest angeordnet ist.