DE19908623A1 - Verfahren zur Herstellung von Präzisionsglasröhrchen sowie deren Verwendung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionsglasröhrchen aus einem Glasrohr mit präzisem, vorbestimmtem Innendurchmesser beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Außenfläche des Glasrohrs mechanisch überarbeitet unter Erzeugung eines präzisen, vorbestimmten Außendurchmessers und einer präzisen, vorbestimmten Wanddickenverteilung. Das Glasrohr wird auf dessen Verarbeitungs- bzw. Ziehtemperatur erwärmt, gleichmäßig gezogen, der Außen- und Innendurchmesser wird an wenigstens einem Meßpunkt radial zur Ziehrichtung ständig gemessen, die Meßwerte werden mit den vorbestimmten Sollwerten verglichen, die Verarbeitungs- bzw. Ziehtemperatur und die Nachschub- und Abziehgeschwindigkeit des Glasrohrs wird, abhängig vom Vergleich, geregelt und eingestellt bis die Meßwerte mit den Sollwerten übereinstimmen, und die Präzisionsglasröhrchen werden abgelängt und ggf. einseitig verschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionsglas­ röhrchen aus einem Glasrohr mit präzisem, vorbestimmtem Innendurchmes­ ser, sowie deren Verwendung.

Die Herstellung von Präzisionsglasröhrchen, d. h. Glasröhrchen mit ganz ge­ ringen Maßabweichungen (Toleranzen) ist sehr aufwendig und mit hohen Herstellungskosten verbunden.

So müssen beispielsweise Präzisionsglasröhrchen zur Verwendung als Pro­ benträger für magnetische Kernresonanz-Untersuchungen Außendurchmes­ ser von 3,0 mm bis 15,0 mm mit einer Toleranz von ≦ ± 0,007 mm und eine sehr geringe Wanddickenverteilung von 0,25 mm mit einer Toleranz von ≦ ± 0,005 mm aufweisen.

Um die geforderten Maße und geringen Maßabweichungen zu erreichen, müssen die nach konventionellen, kontinuierlichen Rohrzugverfahren herge­ stellten Glasröhrchen einer aufwendigen Nachbehandlung unterzogen wer­ den. So wird zuerst nach einem konventionellen Verfahren ein Glasröhrchen gezogen, das in etwa die geforderten Maße aufweist. Das erhitzte Glas­ röhrchen wird dann nach dem KPG-Verfahren weiterbearbeitet, um eine prä­ zisen, vorbestimmten Innendurchmesser mit geringen Toleranzen zu errei­ chen. Nach dem einseitigen Verschließen des Glasröhrchens wird die Außen­ fläche bis zur Erreichung des gewünschten Außendurchmessers bzw. der ge­ wünschten Wanddickenverteilung geschliffen und anschließend, zur Errei­ chung der ursprünglichen Transparenz, poliert.

Neben der aufwendigen Herstellung und den damit verbundenen hohen Ko­ sten ist die Endausbeute an Präzisionsglasröhrchen, die den Anforderungen entsprechen, sehr gering.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu finden, das eine einfa­ chere und kostengünstigere Herstellung von Präzisionsglasröhrchen erlaubt, das eine geringe Fehlerquote und damit eine höhere Endausbeute ermöglicht, wobei die geforderten Maße genau eingehalten werden sollen und die Maß­ abweichungen die Güte bisheriger Verfahren erreichen oder gar unterschrei­ ten sollen.

Diese Aufgabe wird mit dem im Patentanspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Nachbearbei­ tungs- und Wiederziehverfahren.

Ein fertiges Glasrohr mit präzisem, vorbestimmten Innendurchmesser, mit vor­ bestimmtem Außendurchmesser und vorbestimmter Wanddickenverteilung, beispielsweise ein nach einem konventionellen, kontinuierlichen Rohrziehver­ fahren hergestelltes und nach dem KGP-Verfahren innenkalibriertes Glasrohr, wird an dessen Außenfläche unter Erzeugung eines präzisen, vorbestimmten Außendurchmessers und einer präzisen, vorbestimmten Wanddickenvertei­ lung mechanisch überarbeitet.

Das so hergestellte und nachbearbeitete, noch relativ dicke Glasrohr weist be­ reits alle Merkmale bezüglich der geforderten Maße und Maßgenauigkeiten des herzustellenden Präzisionsglasröhrchens auf. So entsprechen beispiels­ weise die Verhältnisse Außendurchmesser zu Wanddickenverteilung, Außen­ durchmesser zu Innendurchmesser und Wanddickenverteilung zu Innen­ durchmesser genau den Verhältnissen des herzustellenden Präzisionsglas­ röhrchens.

Das Glasrohr wird in einem weiteren Verfahrensschritt auf dessen Verarbei­ tungs- bzw. Ziehtemperatur erwärmt, wobei die Erwärmung bevorzugt gleich­ mäßig erfolgt.

Unter gleichmäßigem Ziehen des erwärmten Glasrohrs, beispielsweise in ei­ ner an und für sich bekannten Wiederziehanlage, unter Berücksichtigung der oben genannten Verhältnisse, wird ein dünnwandiges, langes Präzisionsglas­ röhrchen hergestellt.

Um das geforderte Endmaß und die geringen Toleranzen zu erreichen, wird sowohl der Außendurchmesser, als auch der Innendurchmesser des gezoge­ nen Glasrohrs ständig, wenigstens an einem Meßpunkt radial zur Ziehrich­ tung, gemessen. Die Meßwerte werden mit den vorbestimmten Sollwerten des Präzisionsglasröhrchens verglichen. Dabei hat sich zur Ermittlung der Meß­ werte die Anwendung von Laser-Meßverfahren besonders bewährt.

Durch direktes automatisches Regeln und Einstellen der Verarbeitungs- bzw. Ziehtemperatur und der Nachschub- und Abziehgeschwindigkeit des Glas­ rohrs, abhängig vom Vergleich der Meß- und Sollwerte, bis die Meß- und Sollwerte übereinstimmen, werden die präzisen, vorbestimmten Maße und Toleranzen der Präzisionsglasröhrchen eingestellt. Anschließend werden die Präzisionsglasröhrchen abgelängt und ggf. einseitig verschlossen.

Bevorzugt wird das frisch gezogene Glasrohr (Präzisionsglasröhrchen) gleichmäßig abgekühlt, was beispielsweise dadurch erreicht wird, daß das Verfahren in einem temperierten, zugfreien Raum, der über eine Schleuse zu betreten ist, durchgeführt wird.

In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ein me­ chanisch überarbeitetes Glasrohr mit präzisen, vorbestimmten Maßen und Toleranzen derart wiedergezogen, daß die daraus hergestellten Präzisions­ glasröhrchen einen um den Faktor 3 bis 50 geringeren Außen- und Innen­ durchmesser, und eine entsprechend geringere Wanddickenverteilung und Toleranz aufweisen als das ursprüngliche Glasrohr.

Im Gegensatz zum bisherigen Herstellungsverfahren, bei dem jedes dünn­ wandige, und damit leicht zerbrechliche Glasröhrchen mechanisch nachbear­ beitet wurde, lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einem relativ dicken, und damit schwerer zerbrechlichen Glasrohr, das sich einfacher mechanisch nachbearbeiten läßt, sehr viele dünnwandige Präzisionsglas­ röhrchen herstellen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur kosten­ günstiger und weniger aufwendig als das bisherige Verfahren, sondern es zeichnet sich auch durch eine höhere Endausbeute und geringere Fehlerquo­ te aus.

Es können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Präzisionsglasröhrchen hergestellt werden, die die geforderten Maße und Maßabweichungen exakt einhalten.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Präzisionsglas­ röhrchen weisen bevorzugt einen Innendurchmesser von 0,5 mm bis 19,5 mm, insbesondere von 3,5 mm auf, wobei die Toleranz bevorzugt kleiner als ± 0,01 mm, insbesondere kleiner als ± 0,007 mm ist.

Der Außendurchmesser weist bevorzugt 1,0 mm bis 20,0 mm, insbesondere 5,0 mm auf, wobei die Toleranz bevorzugt kleiner als ± 0,01 mm, insbesonde­ re kleiner als ± 0,007 mm ist, und die Wanddickenverteilung weist bevorzugt 0,10 mm bis 0,50 mm, insbesondere 0,20 mm bis 0,40 mm und besonders be­ vorzugt 0,25 mm auf, wobei die Toleranz kleiner als ± 0,01 mm, insbesondere kleiner als ± 0,007 mm ist.

Des weiteren erfolgt die mechanische Überarbeitung des innenkalibrierten Glasrohres bevorzugt mittels eines Diamantwerkzeugs, und besonders bevor­ zugt erfolgt die mechanische Überarbeitung der Außenfläche des Glasrohrs mittels Schleifen, dabei wird die Außenfläche des Glasrohrs solange geschlif­ fen, bis die geforderten Maße und Toleranzen erreicht sind.

Dadurch, daß das mechanisch überarbeitete Glasrohr wiedergezogen wird, ist ein aufwendiges Polieren der geschliffenen Außenfläche nicht notwendig, da sich die geforderte Transparenz der Präzisionsglasröhrchen nach dem Wie­ derziehen von alleine einstellt.

Bevorzugt werden Glasrohre, die eine Länge von 500 mm bis 2000 mm auf­ weisen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mechanisch überarbeitet und wiedergezogen.

Die resultierenden Präzisionsglasröhrchen werden bevorzugt auf 150 bis 300 mm abgelängt.

Das anschließende einseitige Verschließen der Präzisionsglasröhrchen kann über einen an und für sich bekannten Bodenformautomat erfolgen, was eine weitere Reduzierung der Herstellungskosten bedeutet.

Bevorzugt finden die Präzisionsglasröhrchen Verwendung als Probenaufnah­ meröhrchen für analytische Untersuchungen, insbesondere für magnetische Kernresonanz-Untersuchungen.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

Ein nach dem KPG-Verfahren hergestelltes Glasrohr mit einem präzisen In­ nendurchmesser von 70,0 mm und einer Toleranz des Innendurchmessers von ± 1,5 mm wird mittels Schleifen an dessen Außenfläche mechanisch überarbeitet, wobei ein präziser Außendurchmesser von 80,0 mm mit einer Toleranz von ± 1,5 mm erzeugt wird. Der Außendurchmesser des Glasrohrs liegt vor dem Schleifen bei ≧ 80 0 mm ± 1,5 mm. Die Wanddickenverteilung wird dabei auf 5,0 mm mit einer Toleranz von ± 1,0 mm eingestellt. Das Glas­ rohr wird auf dessen Verarbeitungs- bzw. Ziehtemperatur erwärmt. Die jeweili­ ge Temperatur kann für ein bestimmtes Glas der Literatur entnommen oder experimentell festgestellt werden. Unter gleichmäßigem Ziehen des Glasrohrs in einer Wiederziehanlage wird ein langes, dünnes Präzisionsglasröhrchen mit einem Außendurchmesser von 5,0 mm mit einer Toleranz von ± 0,094 mm, einem Innendurchmesser von 4,38 mm mit einer Toleranz von ± 0,094 mm und einer Wanddickenverteilung von 0,31 mm und einer Toleranz von ± 0,06 mm hergestellt. Das Präzisionsglasröhrchen wir auf jeweils 200 mm abgelängt und einseitig verschlossen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung von Präzisonsglasröhrchen aus einem Glasrohr mit präzisem, vorbestimmtem Innendurchmesser, gekennzeichnet durch die Schritte,

• - mechanisches Überarbeiten der Außenfläche des Glasrohrs unter Er­ zeugung eines präzisen, vorbestimmten Außendurchmessers und einer präzisen, vorbestimmten Wanddickenverteilung,
• - Erwärmen des Glasrohrs auf dessen Verarbeitungs- bzw. Ziehtempera­ tur,
• - gleichmäßiges Ziehen des Glasrohrs unter Beibehaltung der Verhältnis­ se Außendurchmesser zu Wanddickenverteilung, Außendurchmesser zu Innendurchmesser und Wanddickenverteilung zu Innendurchmesser,
• - ständiges Messen des Außen- und Innendurchmessers des gezogenen Glasrohrs an wenigstens einem Meßpunkt radial zur Ziehrichtung,
• - Vergleichen der Meßwerte mit vorgegebenen Sollwerten,
• - Regeln und Einstellen der Verarbeitungs- bzw. Ziehtemperatur und der Nachschub- und Abziehgeschwindigkeit des Glasrohrs, abhängig vom Vergleich, bis die Meßwerte mit den Sollwerten übereinstimmen, und
• - Ablängen und ggf. einseitiges Verschließen der Präzisionsglasröhrchen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gezogene Glasrohr (Präzisionsglasröhrchen) gleichmäßig abge­ kühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein um den Faktor 3 bis 50 geringerer Außen- und Innendurchmesser und eine entsprechend geringere Wanddickenverteilung und Toleranz der Präzisionsglasröhrchen gegenüber dem mechanisch überarbeiteten Glas­ rohr eingestellt wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innendurchmesser der Präzisonsglasröhrchen von 0,5 mm bis 19,5 mm, insbesondere von 3,5 mm eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Toleranz des Innendurchmessers von kleiner ± 0,01 mm, insbe­ sondere kleiner ± 0,007 mm eingestellt wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Außendurchmesser der Präzisionsglasröhrchen von 1,0 mm bis 20,0 mm, insbesondere von 5,0 mm eingestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Toleranz des Außendurchmessers von kleiner ± 0,01 mm, insbe­ sondere von kleiner ± 0,007 mm eingestellt wird.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wanddickenverteilung der Präzisonsglasröhrchen von 0,1 mm bis 0,5 mm, insbesondere von 0,2 mm bis 0,4 mm eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Toleranz der Wanddickenverteilung von kleiner ± 0,01 mm, ins­ besondere von kleiner ± 0,007 mm eingestellt wird.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glasrohr, das eine Länge von 500 mm bis 2000 mm aufweist, ge­ zogen wird.

11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Präzisionsglasröhrchen auf 150 mm bis 300 mm abgelängt wer­ den.

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Glasrohrs mittels Diamantwerkzeugen mecha­ nisch überarbeitet wird.

13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Glasrohrs mittels Schleifen mechanisch überar­ beitet wird.

14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasrohr mit präzisem, vorbestimmtem Innendurchmesser nach dem KPG-Verfahren hergestellt wird.

15. Verwendung von nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14 herge­ stellten Präzisionsglasröhrchen als Probenaufnahmeröhrchen für analyti­ sche Untersuchungen, insbesondere für magnetische Kernresonanz- Untersuchungen.