DE2013616A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Faserplatten - Google Patents

Description

Dr.-Injr. Hwis-Dietri* Zeil«

Patentanwalt

Anmelde: Ν.γ.Philip?'Ο!· ^lp

Akte No. PHB-31 954

Anmeldung vom: 20.3ο 1970

"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Faserplatten" .

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Faserplatten zur Bildübertragung, die aus parallelen Glasfasern zusammengestellt sind.

Derartige Platten werden beispielsweise als faseroptischer Schirm für eine elektronische Bildröhre verwendet, wobei die Fasern Lichtleiter bilden und luftdicht miteinander verschmolzen werden müssen.

Ein anderes Beispiel, bei dem derartige Platten verwendet werden, ist der sogenannte Kanalverstär-

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ker, der aus dünnen durch Hohlfasern gebildeten Röhren zusammengestellt ist; ein derartiger Kanalverstärker ist beispielsweise in der britischen Patentschrift Nr. 1.064.072 neschrieben worden. Wie in dieser Patentschrift dargelegt, sind die Fasern, die erst gegen Ende des Herstellungsprozesses hohl werden dürfen, mit einem festen Kern gefüllt, damit Verformung und Zusammenfallen der Röhrenwände beim Zusammendrücken vermieden wird.

In beiden Fällen sind die Fasern meistens aus Glas hergestellt, so dass während der Herstellung der Platten ähnliche Probleme auftreten. Insbesondere zur Herstellung von Platten mit grossen Abmessungen, mit einer Weite bzw. Durchmesser grosser als 70 mm, ist es mit den bisher bekannten Verfahren notwendig:

a. eine grosse Menge Material zu verwenden;

b. einen dicken Materialblock einer Behandlung auszusetzen:

c. einen grossen Block geschmolzenen Materials mit einem grossen Querschnitt in Scheiben zu zerschneiden.

Nach dem bekannten Verfahren, oft als Doppel-Ziehverfahren bezeichnet, wird ein Faserbündel mit einer verhaltnismassig kleinen Anzahl von Fasern erhitzt und gemäss bekannten Techniken zu Multifasern gezogen. Diese werden darauf zu Paketen mit geeignetem Querschnitt und mit einer gewünschten Länge zwischen 10 und JO cm zusammengefügt. Diese Pakete können unterschiedliche

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Umfangsformen haben zum Zusammenstellen zu einem Muster mit einer schlussendlichen bestimmten Form. Danach werden die Multifasern jedes Paketes durch Erhitzung ohne Druckausübung leicht zusammengeheftet, so dass das Paket zu Scheiben mit einer genauen Dicke zerschnitten werden kann; derartige Scheiben werden nachstehend als vorgeheftete Scheiben bezeichnet.

In der Regel bilden derartige Scheiben, unge-

achtet der anschliessenden Bearbeitung wie Zusammen- ■

drücken mit gleichzeitiger Erhitzung, Schleifen und Polieren, die schlussendliche Platte; zur Herstellung einer Platte mit grossen Abmessungen muss die Scheibe einen verhältnistnässig grossen Durchmesser haben, wodurch bei der Herstellung die obenbeschriebenen Schwierigkeiten entstehen.

Gemäss einer alternativen Lösung wäre es möglich, von einer Anzahl völlig bearbeiteter Platten bisher üblicher Abmessungen auszugehen, d.h. von Platten, M die bereits komprimiert sind, und deren Fasern abdichtend miteinander verschmolzen sind, welche Platten einen normalen Durchmesser von 30 bis ^O mm haben; diese Platten werden Seite an Seite nach einem genauen zweidimensionalen Muster geordnet und danach mit ihren aneinander liegenden Rändern durch Thermokompression zusammengeschmolzen. Es wurde jedoch festgestellt, dass dabei starke Unterschiede in Kompression, Verformung

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und Dichte in den aneinander grenzenden Teilen benachbarter Platten auftreten.

Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, Faserplatten grosser Abmessungen herzustellen, wobei die obenbeschriebenen Schwierigkeiten vermieden werden.

Dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass Glasfasern zu einem Faserbündel zusammengefügt werden, das einer VorerhitZungsbehandlung ohne Druck ausgesetzt wird, so dass die Glasfasern leicht zusammengeheftet werden, wonach das Faserbündel zu vorgehefteten Scheiben zerteilt wird und danach eine Anzahl gemäss einem regelmässigen Muster in einer Ebene geordneter vorgehefteter Scheiben durch Erhitzung und durch Zusammendrücken in Querrichtung mit ihren Rändern abdichtend zu einer Faserplatte grösserer Abmessungen zusammengeschmolzen werden, wobei der Druck und die Erhitzungstemperatur derartige Werte haben, dass die ursprünglichen nicht komprimierten leicht zusammengehefteten Glasfasern jeder vorgehetfteten Scheibe ebenfalls zusammen gedrückt und abdichtend miteinander verschmolzen werden.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es möglich, Faserplatten grosser Abmessungen, d.h. mit einem Durchmesser grosser als 70 mm, herzustellen, welche Platten eine über den ganzen Querschnitt gleichmässige

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Kompression und Dichte aufweisen. Dabei wird unter Querrichtung verstanden eine Richtung quer zur Längsrichtung der Fasern. Beim Herstellen einer Kanalplatte für einen Kanalverstärker mit hohlen rohrförmigen Fasern müssen Vorkehrungen getroffen werden um zu vermeiden, dass die hohlen Fasern auf unzulässige Weise verformt und zusammengedrückt werden durch den Druck, der auf die in einem regelmässigen Muster geordneten vorgehefteten Scheiben in Querrichtung ausgeübt wird. Dazu werden bei einem bekannten Verfahren Fasern mit festen Kernen verwendet; diese Kerne werden in einer späteren Bearbeitungsstufe, beispielsweise durch Atzen, entfernt; dieses bekannte Verfahren ist in der bereits genannten britischen Patentschrift 1.064.072 beschrieben worden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsforra des erfindungsgemassen Verfahrens wird der Druck in Querrichtung mittels eines Strömungsmittels ausgeübt, dessen Druck mit Hilfe einer verformbaren Membran auf den Umfang der Scheiben übertragen wird. Durch Verwendung eines Strömungsmittels und einer verformbaren Membran ist es möglich, am ganzen Umfang des durch die vorgehefteten Scheiben gebildeten Musters ein gleichmässiger Druck auszuüben.

Nach einer anderen bevorzugten Aueführungsform des erfindungsgemassen Verfahrens wird der Druck der Membran mittels starrer Segmente auf die Scheiben

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übertragen, welche Segmente zwischen dem Umfang der Scheiben und der Membran liegen. Durch die Segmente wird eine unerwünschte Verformung der am Umfang des Musters liegenden Fasern vermieden.

Faseroptikplatten und Kanal blocke nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt weisen eine über den ganzen Querschnitt der Platte gleichmässige φ Dichte und Kompression auf.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine ringförmige verformbare Membran, deren Ränder zwischen miteinander zusammenarbeitenden Teilen eines Gehäuses festklemmbar sind, welches Gehäuse eine zentrale Presskammer für die Scheiben und eine ringförmige Druckkammer für das Strömungsmittel enthält, welche Kammern durch die eingespannte Membran voneinander getrennt sind. Mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es möglich, den Druckjdes Strömungsmittels in einer gegenüber der Längsrichtung der Fasern genau radialen Richtung auf die Scheiben zu übertragen.

Damit eine unerwünschte Verformung der am Umfang und in der Nähe desselben liegenden Fasern durch • die Membran vermieden wird, ist die Vorrichtung nach einer anderen bevorzugten Ausführungeform der Erfindung durch starre Drucksegmente gekennzeichnet, die in einem

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ringförmigen Muster am Aussenumfang der zentralen Presskammer und am Innenumfang der Membran angeordnet sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Auaführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung haben die Drucksegmente ein T-förmiges Profil, wobei die grössere Stirn fläche dem Innenumfang der Membran und die kleinere Stirnfläche der Mitte der Presskammer zugewandt ist. Durch die gekennzeichnete Formgebung der Drucksegmente wird während der Übertragung des Druckes gleichzeitig eine Druckerhöhung verursacht, wodurch es möglich.ist, dass ein gerii^rer Druck des Strömungsmittels ausreicht, so dass die Membran einer geringeren Belastung ausgesetzt wird. ,

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in. den Zeichnungen dargestellt und werden im folgen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens,

.Fig. 2 eine Anzahl zu einer einzigen Platte und in einem regelmässigen Muster geordneter Scheiben,

Fig. 3 einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung beim Zusammendrücken der Scheiben,

Fig. k eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mit Drucksegmenten,

Fig. 5 eine Draufsicht der Lage der Drucksegmente,

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Fig. 6 eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mit T-förmigen Drucksegmenten,

Fig. 7 eine schaubildliche Darstellung eines Drucksegmentes nach Fig. 6.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält eine Bodenplatte 1 mit Zapfenbolzen 2, die durch entsprechende Offnungen in einer Druckplatte 3 hindurchragen. Durch Muttern h, die auf die Zapfenbolzen 2 geschraubt werden, wird die Druckplatte 3 gegen die Bodenplatte 1 gedrückt; dabei wird eine ringförmige dünnwandige Membran 6 mit ihrem Aussonrand zwischen der Bodenplatte 1 und einer Rippe 5 auf der Druckplatte 3 luftdicht festgeklemmt.

Auf ähnliche Weise wird die Membran 6 mit ihrem Innenrand zwischen einer zweiten Rippe 8 auf der Druckplatte 3 und einer Abdichtungsplatte 9 luftdicht festgeklemmt; die Abdichtungsplatte 9 wird mittels Muttern 10 und auf der Druckplatte 9 befestigter Zapfenbolzen 11 in Richtung der Druckplatte 3 gezogen. Die Bodenplatte 1, die Druckplatte 3 und die Abdichtungsplatte 9 begrenzen zusammen mit der Membran 6 eine zentrale Presskammer 6A für die verschmelzenden Scheiben, und eine ringförmige Druckkammer 6B für ein Strömungsmittel, welche Kammern durch die festgeklemmte Membran luftdicht voneinander getrennt sind.

Die sorgfältig gereinigten Scheiben 7 werden,

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in einem regelmässigen Muster geordnet, in die Druckkammer 6a gebracht. Die Vorrichtung wird auf eine geeignete Temperatur von beispielsweise 55O⁰C bis 750⁰C erhitzt und die ringförmige Druckkammer 6B wird durch Stickstoff, der durch die Zuführungeleitung 12 zugeführt wird, unter Druck gebracht. Dadurch wird über die Membran 6 ein Druck auf den Umfang des durch die Scheiben 7 gebildeten Musters ausgeübt. Der freie Raum zwischen den Scheiben und den umgebenden Wänden der Presskammer muss möglichst beschränkt werden um zu vermeiden, dass die Membran in zu grosse verbleibende Spalte gepresst wird und gegebenenfalls zerreisen kann. Der Druck in der zentralen Presskammer 6A lässt sich über eine Leitung 13» die entweder als Entlüftuxigsieitung oder zur Erzeugung eines Vakuums in der Presskammer 6a zur Unterstützung: des Stickstoffdruckes in der ringförmigen Druckkammer 6B verwendbar ist» auf unabhängige Weise beeinflussen. Während dieser Bearbeitung werden die Scheiben ? jedoch nicht zwischen der Bodenplatte 1 und der Abdichtungspiatte 9 festgeklemmt.

Zwischenräume» die zuvor zwischen den Fasern vorhanden sind» lassen sich mit einer bei niedriger Temperatur schmelzenden Masse, die beim Zusammenpressen, dier Scheiben ausgepresst wird, auffüllen. Fig. 2 zeigt die in eintera regelmässigen Muster geordneten Scheiben. 7* Bie ringförmigen Membran 6 ist vorzugsweise im weseat-

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lichen kreisförmig, dies im Gegensatz zu beispielsweise einer vieleckigen Membran; aus diesen Gründen werden vorzugsweise hervorstehende Teile 7A von den aa Auesem»- fang des Musters liegenden Scheiben 7 weggeschnitten, so dass ein im wesentlichenkreisfönniges Muster übrig bleibt.

Bei einer in der Praxis durchgeführte Anwen dung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von Kanalplatten, wurden rohrförmige Glasfasern mit einem Kern aus einer anderen Glasart, der anschliessend durch eine Ätzbehandlung entfernt wurde, verwendet. Die letzten Endes erhaltenen Platten waren kreisförmig und hatten einen Durchmesser von 90mm und eine Dicke von 5 mm. Für die Membran 6 wurde Aluminiumfolie mit einer Dicke von 1 mm verwendet; eine Metallmembran mit einer derartigen Dicke ist nicht übermässig starr bei den hohen Temperaturen von ca. 55O⁰C bis 700⁰C, bei welchen das Zusammendrücken der Scheiben stattfindet. Der Druck des Stickstoffes hatte einen Wert von ca. 4o bis 70 kg/cm² .

Statt einer Membran aus Aluminium wäre auch eine Kupfermembran verwendbar.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung könnten die am Umfang des Musters liegenden Glasfasern beim Erhitzen und Zusammendrücken durch die Membrane verbogen werden; eine derartige Verformung tier Glasfasern

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ORIGINAL INSPECTED

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durch die konkave Membran ist in Fig. 3 dargestellt. Dieses Verbiegen der Glasfasern lässt sich durch Zwischenfügung einer starren Trennfläche zwischen dem Um fang der Scheiben und der Membran vermeiden. Diese Trenn* fläche kann durch ringförmig angeordnete Segmente, beispielsweise aus rostfreiem Stahl gebildet werden. Eine derartige Ausführung ist in den Fig. k und 5 dargestellt.

Die linke Hälfte der Fig. k zeigt Drucksegmen te 1*» in der Lage, die sie vor dem Zusammenschmelzen der Scheiben 7 einnehmen; Fig. 5 zeigt die Lage einer.Anzahl Drucksegmente 14 in Draufsicht. Die rechte Hälfte der Fig. k zeigt die Drucksegmente in der Lage, die sie nach dem Zusammenschmelzen der Scheibe 7 einnehmen. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform können bei der Ausführungsform nach Fig. k die Abmessungen der Membran 6 und der Drucksegmente Ik derart bestimmt werden, dass die Membran keiner Zugspannung ausgesetzt wird, wodurch die Bruchgefahr der Membran verringert wird.

In Fig. 6 und 7 ist eine andere Ausführungsform der Drucksegmente dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind T-förmige Drucksegmente 1^A derart angeordnet, dass die grössere Stirnfläche 1^B die Membran 6 und die kleinere Stirnfläche 1^C die Glasfasern berührt, wodurch ein mechanischer Vorteil durch Druckerhöhung bei der Übertragung des Druckes erhalten vird. Bei einem

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Verhältnis von k : 1 der Stirnflächen IkB und 1*fC kann der zum Zusammendrücken der Fasern erforderliche Druck bereite mit einem Gasdruck, der auf 25% des erforderlichen Enddruckes beschränkt ist, erhalten werden, mit der Folge einer Verringerung der Belastung, der die Membran 6 ausgesetzt wird.

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Claims (8)

20T3616 PHB 3195h Patentansprüche;

1.^! Verfahren zum Herstellen von Faserplatten zur Bildübertragung, die aus parallelen Glasfasern zusammengestellt sind, wobei ein Faserbündel einer Vorerhitzung ohne Druck ausgesetzt wird, so dass die Glasfasern leicht zusammengeheftet werden, wonach das Faserbündel zu vorgehefteten Scheiben zerteilt w±rd, und danach eine Anzahl in einem regelmässigen Muster in einer Ebene geordneter vorgehefteter Scheiben durch Erhitzung und durch Zusammendrückung in Querrichtung mit den Rändern abdichtend miteinander zu einer Faserplatte grösserer Abmessungen verschmolzen werden, wobei der Druck und die Erhitzungstemperatur derartige Werte haben, dass die ursprünglich nicht komprimierten leicht zusammengehefteten Glasfasern jeder vorgehefteten Scheibe ebenfalls zusammengedrückt und abdichtend miteinander verschmolzen werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck mittels eines Strömungsmittels, dessen Druck mit ZHilfe einer verformbaren Membran auf den Umfang der Scheiben übertragen wird, in Querrichtung ausgeübt wird.

3« Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der Membran mittels starrer Segmente, die zwischen dem Umfang der Scheiben und der Membran angeordnet sind, auf die Scheiben übertragen wird. k. Faseroptikplatte hergestellt gemäss dem Ver-

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fahren nach einem der vorstehenden Ansprüche. 5· Kanalblock hergestellt gemäss dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3·

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3» gekennzeichnet, durch eine ringförmige verformbare Membran, deren Ränder zwischen miteinander zusammenarbeitenden Teilen eines Gehäuses festklemmbar sind, welches Gehäuse eine zentrale Presskammer und eine ringförmige Druckkammer für ein Strömungsmittel enthält, welche Kammern durch die Membran luftdicht voneinander getrennt sind.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch starre Drucksegmente, die in einem ringförmigen Muster am Aussenumfang der zentralen Presskammer und am Innenumfang der Membran angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksegmente ein T-förmiges Profil haben, wobei die grössere Stirnfläche dem Innenumfang der Membran und die kleinere Stirnfläche der Mitte der Presskammer zugewandt ist.