-
Verfahren zum Kalibrieren eines Quarz-oder Glasrohres mit Hilfe eines
darin relativ beweglichen Dornes und Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens
Bekannt ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Glasrohres mit Hilfe eines ' darin
relativ beweglichen Dornes, dessen breitester Teil ein Querprofil aufweist, das
wenigstens nahezu dem zu erzielenden Rohrprofil entspricht; hierbei wird das Rohr
wenigstens an der Verformstelle erhitzt.
-
Wenn Glas und insbesondere Quarzglas stark erhitzt wird, tritt eine
Verdampfung bestimmter Komponenten aus dem Material auf. Wenn nun die Verdampfungsprodukte,
wie Si 02 Gas, auf die innere Oberfläche des Rohres niederschlagen, so wird das
Rohr, insbesondere das Quarzrohr, infolge der anschließenden Wärmebehandlung weniger
widerstandsfähig und neigt dazu, am Dorn festzukleben.
-
Die vorliegende Erfindung bezweckt, Maßnahmen zu schaffen, durch welche
man diesen Nachteilen begegnen kann und welche insbesondere auch das Verformen von
Quarzrohren gestattet.
-
Das Verfahren nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß eine
gegen die Einwirkung der infolge der Erhitzung des Rohres auftretenden Verdampfungsprodukte
schützende Gasströmung durch das Innere des Rohres gegen die Bewegungsrichtung des
Dornes geschickt wird und der Dorn mit öffnungen zum Durchlaß dieses Gases versehen
ist. Das Schutzgas kann ein neutrales Gas oder ein etwas reduzierendes Gas sein.
Befriedigende Ergebnisse können mit Stickstoff erzielt werden.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung
wird das Rohr vorzugsweise durch Gewichtsbelastung des Rohres längs des senkrecht
angeordneten stationären Dornes herabgezogen.
-
Man kann das Verfahren nach der Erfindung sowohl für Quarzrohre als
auch für Glasrohre anwenden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in einer geringeren
Abnutzung des Dornes, welcher z. B. aus Graphit hergestellt ist.
-
Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung
weist das Kennzeichen auf, daß die Schutzgaszufuhr über ein oben in das zu kalibrierende
Rohr einmündendes Schutzgasrohr erfolgt, in dem ein gewichtsbelasteter, an seinem
oberen Ende aufgehängter Draht angeordnet ist, der zur Führung des Kalibrierdornes
dient.
-
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
-
Fig. 1 bezieht sich auf das Verfahren im allgemeinen; Fig. 2, 3, 4
und 5 zeigen in senkrechtem Schnitt Teile einer Vorrichtung zum Durchführen des
Verfahrens nach der Erfindung. Das Querprofil eines Quarzrohres 1 kann mittels eines
in diesem Rohr beweglichen Dornes 2 auf die in Fig. 1 dargestellte Weise verformt
werden. Der Dorn 2 wird unter der Einwirkung einer konstanten oder nahezu konstanten
Triebkraft in Richtung des Pfeiles 3 gegenüber dem Rohr 1 bewegt. Diese Bewegung
wird dadurch ermöglicht, daß das Rohr 1 an der zu verformenden Stelle mit Hilfe
eines oder mehrerer Brenner derart erhitzt wird, daß das Rohr stellenweise plastisch
wird. Diese Erhitzung ist in Fig. 1 durch Pfeile schematisch dargestellt.
-
Der Dorn 2 ist ein drehsymmetrischer Körper und besitzt einen Tei12a
in Form eines abgestumpften Kegels und einen Teil 2 b zylinderförmiger Gestalt.
Die kleinste Querabmessung des Dornes 2 paßt leicht in die ursprüngliche Bohrung
des Rohres 1.
-
Die Formgebung erfolgt im wesentlichen durch Verformung des plastifizierten
Rohrteiles mittels des Teiles 2a. Die endgültige Gestalt wird durch das vordere
Ende des Teiles 2 b bedingt.
-
Die gegenseitige Bewegung kann durch Bewegen des Dornes, des Quarzrohres
oder beider erzielt werden. Eine Bewegung des Quarzrohres allein ist vorteilhaft,
da
dann ein stationärer Dorn und gleichfalls stationäre Heizmittel verwendbar sind.
-
Wenn Quarzglas stark erhitzt wird, tritt Verdampfung auf. Wenn Si0z
Dampf auf eine Quarzglasoberfläche niederschlägt, wird die Qualität des zu verformenden
Materials nachteilig beeinflußt. Das behandelte Quarzrohr ist dann weniger widerstandsfähig
und hat während der Wärmebehandlung die Neigung, am Dorn festzukleben. Um den bei
der Erhitzung entstandenen Dampf aus dem Innern des Rohres 1 auszutreiben, wird
gemäß der Erfindung eine Schutzgasströmung durch das Rohr 1 in Richtung der Pfeile
6 und durch Bohrungen 5 im Dorn 2 hindurchgeführt.
-
Der Dorn 2 ist an einem Draht 7 befestigt, der verankert sein kann
oder unter Einfluß einer konstanten oder nahezu konstanten Triebkraft steht.
-
Die Fig. 2, 3, 4 und 5 sind als in senkrechter Richtung übereinander
angeordnet zu sehen, wobei Fig. 2 oben und Fig. 5 unten liegt. Die Teile 26, 23
und 9 haben Längsabmessungen, welche von dem zu bearbeitenden Quarzrohr und dem
durchzuführenden Verfahren bedingt werden.
-
Ein Wolframdraht 7 ist an beiden Enden mit einem Nickeldraht 8 bzw.
9 verbunden und das obere Ende des Nickeldrahtes 8 ist an einer schematisch dargestellten
Stütze 10 verankert. Die Verbindung zwischen den Drähten 7 und 8 ist schematisch
mit 11 und diejenige zwischen den Drähten 7 und 9 mit 12 bezeichnet. Das untere
Ende des Drahtes 9 ist mit einem Gewicht 13 verbunden, welches gegen seitliche Bewegung
unterstützt sein kann. Etwa in der Mitte des Drahtes 7 befindet sich ein Dorn 14
mit einem konischen Teil 15, dessen äußere Oberfläche die Form eines abgestumpften
Kegels mit einem runden Querschnitt hat, und mit einem Endteil 16, dessen
äußere Oberfläche die Form eines Zylinders mit rundem Querschnitt hat. Der Dorn
14 besitzt eine zentrale Bohrung 17 durch den Teil 15 zum Durchlaß des Drahtes 7
und weiterhin eine Höhlung 18, welche mit der Bohrung 17 in Verbindung steht. Der
Teil 15 mit der Bohrung 17 hat zusätzliche Öffnungen 22.
-
Zur Erzielung von Rohren mit maßfesten inneren Abmessungen ist es
erforderlich, die Flächen des Dornes mit größter Präzision zu bearbeiten. Das untere
Ende des Dornes 14 bildet ein Lager für einen Stöpsel 19 mit einer mittleren
Öffnung 20 zum Durchlaß des Drahtes 7 und zusätzlichen öffnungen 21.
-
Die seitliche Lage des Dornes 14 gegenüber dem Draht 7 wird durch
die Bohrung 17 und die Öffnung 20 und die senkrechte Lage gegenüber diesem
Draht 7 durch ein aus Quarzrohr bestehendes Distanzstück 23 bedingt. Das Distanzstück
23 ruht an seinem unteren Ende auf dem Verbindungsstück 12 und unterstützt an seinem
oberen Ende den Stöpsel 19, der seinerseits den Dorn 14 unterstützt. Das Verbindungsstück
12 dient also als Anschlag, auf dem der Dorn 14 über das Distanzstück
23 und den Stöpsel 19 aufliegt.
-
Auf dem Teil 15 ruhen ein Distanzstück 24 und eine mit Öffnungen versehene
Scheibe 25. Auf der Scheibe 25 ruht das untere Ende eines Schutzgasrohres 26, welches
sich bis in die Nähe der Stütze 10 erstreckt. Am oberen Ende dieses Rohres ist ein
Seitenrohr 27 angebracht. Das Rohr 26 ist am oberen Ende mittels eines Stöpsels
28 verschlossen, in dem eine mittlere Öffnung 29 zum Durchlaß des Drahtes 8 vorgesehen
ist. Das Rohr 26 ist bei der Scheibe 25 mit einer Öffnung 30 versehen.
-
Die Fig. 2 bis 5 zeigen ein bereits teilweise verformtes Quarzrohr,
wobei der Teil 31 einen runden inneren und äußeren Querschnitt und die Gestalt
des ursprünglichen Rohres hat. Der Teil 32 hat gleichfalls einen runden inneren
und äußeren Querschnitt und hat bereits die gewünschte Gestalt und Abmessungen und
einen Teil 33, der vorher am zu bearbeitenden Quarzrohr angebracht wurde, um den
Anfang der Bearbeitung zu erleichtern.
-
Ein Abdichtungsring 34 mit einer mittleren öffnung 34 a zum Durchlaß
des Rohres 26 ist oben am Teil 31 vorgesehen. Ferner ist eine Abdichtungsscheibe
35 mit einer mittleren Öffnung 35 a zum Durchlaß des Drahtes 9 unten am Teil
33 vorhanden, die von einer Gewichtskappe 36 festgehalten wird. Die Scheibe 35 und
die Gewichtskappe 36 werden erst an der Unterseite des Teiles 33 befestigt, nachdem
eine erste Erhitzung erfolgt ist. Im Teil 33 ist eine Öffnung 37 vorgesehen.
-
Die Erhitzung erfolgt mittels eines Brenners 38, der ringförmig ist
und einen ununterbrochenen Flammenring von einem ringförmigen Spalt 39 aus liefert.
Der an sich bekannte Brenner besteht aus einer ersten ringförmigen Kammer 40, der
das zu verbrennende Gasgemisch durch Rohre 41 zugeführt wird, und einer zweiten
ringförmigen Kammer 42, welche durch Kanäle 43 mit der Kammer 40 und gleichfalls
mit dem Spalt 39 in Verbindung steht. Der Brenner wird mit Hilfe eines Leitungssystems
44
gekühlt, welches an der oberen und unteren Brennerfläche angebracht ist
und Zu- und Abführungen 45 für Kühlwasser aufweist.
-
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Die Teile 26, 34,
31 und 33, 25, 24, 14, 19 und 23 werden zunächst auf das Drehsystem 7 und 8 geschoben.
Darauf wird das Verbindungsstück 12 angeschlossen. Das Drahtsystem mit der Kette
von Einzelteilen wird in der Stütze 10 gehaltert. Der Stöpsel 28 kann angebracht
werden, bevor das Verbindungsstück 11 angeschlossen wird; er kann aus zwei Teilen
bestehen zwecks bequemer Anbringung, ohne das Verbindungsstück 11 lösen zu brauchen.
Der konische Teil 15 ruht in diesem Augenblick in dem Rohrteil
31. Der weitere Dornteil 16 ist dabei im Teil 33 untergebracht.
Man führt darauf Stickstoffgas durch das Seitenrohr 27 herab durch das Rohr 26.
Das Gas strömt durch die Öffnung 30, die Öffnungen in der Scheibe 25, die
Öffnungen 22, die Höhlung 18 und die Öffnungen 21 durch das zu verformende
Quarzrohr hindurch. Der Brenner wird dann gezündet und die Teile 31 und
32 an der zu verformenden Stelle erhitzt, so daß das Quarzglas hinreichend
plastisch wird. Darauf werden die Scheibe 35 und die Gewichtskappe 36 befestigt.
Das Stickstoffgas kann das Rohr dann durch die Öffnung 37 verlassen.
-
Um Stickstoff zu sparen, ist es vorteilhaft, zwischen den Abdichtungsringen
28 und 34 und dem Rohr 26 und dem Teil 31 Asbestpapier anzubringen.
-
Unter dem Einfluß der Gewichtskappe 36 wird das Rohr herunterbewegt,
und der Teil 32 wird dadurch geformt, daß das Rohr 31 in plastischem Zustand
über den Teil 15 geführt wird. Der verformte Rohrteil wird dann in der gewünschten
neuen Form und Abmessung vom Dorn 16 unterstützt, bis er hinreichend abgekühlt ist,
um weitere Unterstützung entbehren
zu können. Wenn praktisch die
ganze Länge des Rohrteiles 31 in den Teil 32 aufgeweitet ist, wird die Brennstoffzuführung
gestoppt und nach kurzer Abkühlzeit die Stickstoffzuführung abgestellt.
-
Das obere Ende des Drahtes 8 kann auch drehbar befestigt sein, wobei
Mittel zum Drehen des Drahtes 8 vorgesehen sind. Bei Anwendung einer Drehbewegung
wird das Quarzrohr beim Dorn 14 auch dann gleichmäßig erhitzt, wenn nur einige am
Umfang des Quarzrohres stationär angeordnete Brenner benutzt werden.
-
Die Drähte 7, 8 und 9 können gegebenenfalls durch einen einzigen Draht,
z. B. aus Wolfram, ersetzt werden.
-
Günstige Ergebnisse ergaben sich bei Verwendung von Elektrographit
als Dornmaterial mit einer Dichte von 1,70, einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 2,0 - 10-s, einer Wärmeleitung von 0,15 und einer Shore-Härte von 50. Im allgemeinen
müssen bei der Wahl des Dornmaterials die physikalischen Eigenschaften des zu verformenden
Materials berücksichtigt werden.