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Vorrichtung zur Herstellung von Quarzglasgegenständen. Die Erfindung
hetriftt eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen aus Quarzglas in vorher
bestimmter Form. Transparentes Quarzglas (geschmolzene- reine Kieselsäure) wird
in der chemischen Industrie in Form von Stangen oder Röhren verwendet, die- . u.
a. durch einfaches .ausziehen eines bis zum plastischen Zustand erhitzten massiven
oder hohlen Quarzglasblocks hergestellt werden. Eine so hergestellte: Stange oder
Röhre wird aufs neue-'erhitzt -.und entweder mit Quarzpulver hestreut_:oder -iri
Quarzpulver gewälzt. -Das
anhaftende Pulver wird wieder geschmolzen
und der so verdickte Kern zwecks Gewinnung weiterer Stab- oder Kernlängen ausgezogen.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
bei der die Heizvorrichtung und der Träger des Quarzpulvers, in welchem der erhitzte
Quarzkern gewälzt werden soll, zu beiden Seiten des Kernträgers auf einem gemeinschaftlichen
Schlitten angeordnet sind, bei dessen Hin-und Herbewegung die Heizvorrichtung und
der Quarzpulverträger wechselweise dem Kern genähert werden, der dabei abwechselnd
erhitzt und mit Quarzpulver beladen wird.
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Auf der "Zeichnung ist die neue Ausführungsform der Vorrichtung beispielsweise
veranschaulicht. Abb. i ist eine Vorderansicht und Abb. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung;
Abb. 3 und q. sind eine rechte und eine linke Stirnansicht hierzu; Abb. 5 ist ein
Schnitt nach 5-5 der Abb. 2: Abb. 6 ist ein Längsschnitt durch eines der Klemmfutter
B oder B'; Abb.7 ist ein vergrößerter Längsschnitt der Klemmfeder in dem Klemmfutter
nach 7-7 der Abb. 8, und Abb. 8 ist eine Ansicht des äußeren Endes dieser Feder:
Abb. 9 ist eine Seitenansicht des Übertragungsschneckentriebes, und Abb. io veranschaulicht
den Bock 69 für sich; Abb. i i ist eine Seitenansicht des Triebrades 34 sowie der
Rolle 65 Alb. 12 ist eine Stirnansicht und Abb. 13 eine Seitenansicht des Exzenters
E und der mittels desselben bewegten Teile; Abb. 14 ist ein Längsschnitt durch den
festen -Kolben und Abb.15 ein solcher durch den beweglichen Kolben. Abb. 16 ist
ein Schnitt nach 16-16 cler Abb. 15. Die Abb. 17 bis 2o veranschaulichen die Verarbeitungsstufen
eines röhrenförmigen Gegenstandes mit den ihn haltenden Klemmfuttern, dein Heizbrenner
und der Platte, die den ,gepulverten Quarz trägt.
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In den Abb. 17 bis 2o bezeichnet :I den ersten Kern aus Quarzglas,
der hier röhrenförmig ist, au seinen Enden in den Klemmfuttern B, B' gehalten und
um seine Längsachse gedreht wird. Auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns sind ein
Gasbrenner C und eine Platte D angeordnet, auf welch letztere eine 'Menge Quarzpulver
gebracht wird. Der Brenner C sowie die Platte D sind derart angeordnet, daß sie
ini rechten Winkel zu der Längsachse des Kerns :1 ihre Lage verändern können.
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In Abb. 17 ist gezeigt, wie die Flamme des Brenners C den Kern A bestreicht.
Der Kern wird in dieser Flamme gedreht und so .weich und plastisch gemacht. In Abb.
18 ist der Brenner C von dem Kern : i fortbewegt und die Platte D unter denselben
gebracht, so daß der Kern nunmehr in Berührung mit dem auf dieser Platte befindlichen
Quarzpulver ist. Dieses Pulver haftet infolge des heißen und weichen Zustandes des
Kerns an dessen Oberfläche und bildet, wie aus Abb. 18 ersichtlich, bei der Drehung
desselben um die KernoLerfläche herum ein Band oder einen Streifen. In Abb: i9 ist
der Brenner C wieder gegen den Kern A gebracht, während die Platte
P
wieder entfernt ist. Auf diese Weise wird der Kern mit dem daran haftenden
Quarzpulver wiederum erhitzt, wobei dieses flüssig wird und mit dem Kern zu einem
Körper verschmilzt. Gleichzeitig hiermit wird der Kern durch Auseinanderziehen seiner
Enden so weit verlängert, daß die durch das Quarzpulver verursachte Zunahme der
Wandstärke in der Länge verteilt wird. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis
das Werkstück infolge des nacheinander stattfindenden Aufbringens des Quarzpulvers
auf die vorher bestimmte Länge gebracht ist.
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Durch Vergleich der Abb. 2o mit der Abb. 17 ist die Längenzunahme
des Kerns nach Beendigung des Verfahrens zu ersehen. Das so verlängerte Werkstück
bildet dann einen neuen so vergrößerten Kern, der wieder in Berührung mit dem Quarzpulver
auf der Platte D gebracht und so weiter vergrößert wird. Während sich das röhrenförmige
Werkstück, wie Abb. 18 zeigt, in Berührung mit dein Pulver befindet, wird in dasselbe
Preßluft eingeführt, um so eine Abstützung der heißen und plastischen Wände desselben
zu erzielen und eine Verbiegung derselben zu verhindern. Die zur Durchführung des
Verfahrens dienende Vorrichtung soll nun ini einzelnen beschrieben werden.
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Der Mechanismus zum Tragen und Bewegen des Brenners C und der Platte
D mit Bezug auf den Kern A.
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Auf der Grundplatte 20 (Abb. i) der Vorrichtung sind feste Querführungen
2i angeordnet, die den Gleitschlitten 22 tragen, auf der in einem Fußstück die senkrechte
Stange 23 sitzt, die die Platte D trägt. In einem anderen Fußstück 2.4 dieses Schlittens
-22 sitzt ein Rohr 25, an dem der nach oben geneigte Brenner C angeordnet ist. An
das Fußstück 2:7 ist ein Rohr 26 angeschlossen, das mit der nicht dargestellten
Gasquelle in Verbindung steht. Infolge der nach o'-en gerichteten Schrägstellung
des Brenners C
(Abb. 5) geht der Flammenstrahl beim Fortbewegen des Brenners
von dem Kern .1 ül-er diesen weg, so daß er auf diesen nur eine sehr geringe Wirkung
ausübt, wenn der Kern mit dem gepulverten Quarz auf der Platte D in Berührung ist.
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Der Schlitten 22 wird durch die folgende Anordnung hin und her bewegt:
An seiner Unterseite ist eine Stange 27 drehbar befestigt (Abb. 2 und 5), die mit
dem
einen Ende eines Hehels 28 verbunden ist, der an einem Bock
29 der Grundplatte 2o angelenkt ist. Das andere Ende des Hebels ist kugelförmig
und greift in die Stirnnut 3o des Exzenters E ein (Abb. 12 und i3). Dieses sitzt
auf der Stirnfläche des Zahnrades 32 (Abb. 3), dessen Welle in Böcken 31 der Grundplatte
2o gelagert ist. Das Zahnrad 32 greift in ein Triebrad 33 ein, das auf der Nabe
eines in Böcken 35 der Grundplatte 2o gelagerten Triebrades 34 befestigt' ist. Das
letztere steht mit dem Rad 36 auf der Hauptantriebswelle F (Abb. i und 2) in Eingriff,
die in Böcken der Grundplatte 2o gelagert ist und die Antriebsscheibe 38 trägt,
die ihren Antrieb mittels Schnur oder Riemens 39 von einer geeigneten Kraftquelle
erhält. Es ist klar, daß sich beim Drehen des Exzenters E der Schlitten 22 hin und
her bewegt, wobei der Zeitpunkt dieser Bewegung durch entsprechende Formgebung der
Nut geregelt wird, was später noch genauer ausgeführt werden soll. Die Mittel zum
Halten des gepulverten Quarzes sowie zur intermittierenden Zuführung desselben nach
der Platte D.
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An einem Ständer 4o der Grundplatte 2o ist ein Trichter G angeordnet,
dessen unterer konischer Teil eine Klappe 41 (Abb. 5) trägt, die, geöffnet, das
Quarzpulver austreten und auf die Platte D fallen läßt, wenn diese unter den Trichter
eingestellt ist. Das Öffnen der Klappe findet intermittierend statt, um eine abgemessene
Menge Pulver entfallen zu lassen, und zwar in folgender Weise: Auf dem Drehzapfen
der Klappe sitzt ein Arm 42 (Abb. i und 2), mit dem das eine Ende der langen Stange
43 verbunden ist. Das andere Ende dieser Stange steht mit einem Arm 44 auf dem Ende
der Schaukelwelle 45 in Verbindung, die auf der Grundplatte 20 gelagert ist. An
dem anderen Ende der Welle 45 (in Abb. i zur Vermeidung von Unklarheit weggelassen)
sitzt ein Hebel 46 (Abb. 12 und i3), der mit einer Rolle 47 in die Nut 3o des Exzenters
E eingreift. Die Drehung dieses Exzenters bewirkt daher i. eine Hin- und Herbewegung
des Schlittens 22 zwecks Verschiebens des Brenners G und der Platte D mit Bezug
auf den Kern A und 2. ein Entfallen. einer Menge Quarzpulver aus dem Trichter G
auf die Platte D in genauen Zeitabständen. Der Mechanismus zum Drehen des röhrenförmigen
Kerns A um seine Längsachse.
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Der röhrenförmige Kern A wird, wie bereits gesagt, an seinen Enden
in Klemmfuttern B, B' gehalten, wobei diese Enden einen verringerten Durchmesser
haben, was am besten aus Abb. 6 zu ersehen ist.
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Auf der Grundplatte 2o sind gegenüber den Querführungen 21 Längsführungen
48, 48 angeordnet .(Abb. i und 2), die die Gleitschlitten 49 bzw. 5o tragen (Abb.
2). Auf diesen Schlitten befinden sich die Böcke 51, 52, die mit den Lagern 53,
54 versehen sind. In diesen Lagern sind die Hohlwellen 55 und 56 (Abb. i) gelagert,
die mit den Futtern B, B'
versehen sind. Auf jeder Welle befindet sich nahe
dem einen Ende ihres Lagers ein Ring 57 und nahe dem anderen Ende des Lagers eine
Schnur- oder Riemenscheibe 58, die ihren Antrieb von Scheiben 59 (Abb. 4) der Hauptantriebswelle
F erhalten. Beide Antriebsscheiben sind gleich, so daß sich die Wellen 55 und 56
synchron drehen. Auf diese Weise wird die Röhre A in der Flamme des Brenners und
ebenfalls in Berührung mit dem Pulver auf der Platte D gedreht.
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Der Mechanismus zur Verlängerung des im heißen und plastischen Zustand
befindlichen Werkstücks.
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Durch. Gewindebohrungen der Schlitten .I9 und 5o geht eine Welle H
hindurch (Abb. 2), die bei 6o und 6i umgekehrtes Gewinde hat und in geeigneten Böcken
auf der Grundplatte 20 gelagert ist. Bei Drehung der Welle H im richtigen Drehsinne
werden die Schlitten 49 und 5o auseinanderbewegt. Diese Bewegung wird durch die
folgende Anordnung (Abb. i i ) bewirkt: Auf der Welle 62 (Abb.2) sind die Räder
33 und 34 frei drehbar angeordnet, und an ihr sitzt ein Bock 63 (Abb. i i),
welcher mit der Welle schwingen kann, ohne dabei die Drehbewegung jener Räder 33,
34 zu beeinträchtigen. Durch den Bock geht die Welle 64 hindurch, die eine Rolle
65 trägt, welche sich gegen eine fest an der Stirnfläche :des Rades 34 sitzenden
Lederscheibe 34* legt. Auf der Welle 64 sitzt eine Schnecke 67 (Abb. 9), und ihr
über diese hinausragendes Ende greift in die Üffnung 68 eines Tragstücks 69 ein,
das an dem Lagerstück 7o angelenkt ist (Abb. 9 und io). Die Schnecke 67 greift in
das Triebrad 71
ein, das auf dem Ende der Schraubenwelle H sitzt (Abb. 2).
Das Zahnrad 34 dreht infolgedessen die Rolle 65 und diese die Schneckenwelle 64,
worauf von dieser aus mittels des Rades 71 die Welle H gedreht wird. Die Welle 62
ragt über den einen ihrer Lagerböcke hinaus vor und ist mit einem Kopfstück versehen.
Zwischen diesem und dem betreffenden Lagerbock ist eine Schraubenfeder 66 angeordnet,
die zur Sicherung des Reibungszusaminengriffs der Rolle 65 und der Lederscheibe
34* des Rades 34 dient.
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Um die Schnecke 67, wenn gewünscht,
außer Eingriff
mit dein Rad 7 1 zu bringen, ist das Tragstuck 69 bei 72 (Abb. 9) geschlitzt und
mittels einer diesen Schlitz durchsetzenden Kleininschraube 73 an dem Lagerstück
7o befestigt. Nach Lösen der Schraube 73 kann das Ende der Schneckenwelle 6.1 gehoben
oder gesenkt und dadurch die Schnecke 67 in oder außer Ringriff finit dein Rad 71
gebracht werden. Die Schnecke wird nach Fertigstellung des Werkstücks ausgerückt,
uni die Schlitten ..19. und 5 o zur Aufnahme des nächstfolgenden Kerns in die Anfangslage
ztirückbringen zti können.
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Die Klein inftitter.
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Aus dein Vorhergehenden ist klar, (laß die iin Durchmesser verkleinerten
Enden K des Werkstücks in den Futtern nicht nur so fest gehalten werden müssen,
um die Drehung des Werkstücks uni seine Längsachse zu sichern, sondern daß ihr Sitz
auch derart fest sein muß, daß sie beine Auseinanderbewegen der Futter nicht verschoben
oder aus diesen herausgezogen werden, Uni eine solche Festlegung in den Futtern
zu gewährleisten, ist die folgende Anordnung getroffen, die für beide Futter gleich
ist: In der hohlen Welle 55 (Abb. 6) ist ein Teil 74 vorgesehen, der zur Aufnahme
des Endes h der Röhre _ 3 mit einer mittleren Offnung versehen und zur Aufnahme
von Dichtungen oder Packungen an seiner Außenseite konkav ausgebildet ist. Die Packung
wird hierbei durch die konkave Scheibe 75 in ihrer tage gehalten. In das Ende der
Welle 55 ist die zylindrische Feder 76 eingesetzt (Abb. 7 und 8), die iiii dargestellten
Fall finit vier Längsschlitzen 77 versehen ist. In dein Außenende der Feder befindet
sich eine mittlere (iffnung 78, durch die das verschmälerte I?nde K des röhrenförinigen
Werkstücks hindurchgeht. Das äußere Ende der 1#eder ist hei 79 konisch gestaltet.
Die Feder wird so weit in die Welle 55 eingeführt, llis ihr nicht geschlitztes Ende
8o sieh gegen die Scheibe 7 5 legt. Die hohle Welle 55 ist außen mit Gewinde versehen,
auf (las sich die Kappe 81 aufschraubt, die zum Ztisainniengritf mit dein konischen
Ende der Feder 76 vorn ebenfalls konisch ist. Wird die Kappe 8i geeignet gedreht,
so drückt sie die Feder 76 gegen die Scheitle 75, wodurch die Dichtung oder Packung
zusammengedrückt wird. Gleichzeitig drückt die konische Kappe die geschlitzten Enden
der Feder 7() zusammen, so (laß hierdurch die ()ffnung 78 verengert und das Röhrenende
K alt zwei '@tellell, nämlich an der gedichteten Stelle zwischen dein Teil 74 und
der Scheibe 7,3 sowie an dein geschlitzten 1?nde der Feder 76, festrekleinint wird.
Durch diese Bauart greifen ilie Futter B, R' auf den I?it(len li der Röhre A sehr
fest, so daß bei ihrer Auseinanderbewegunb keinerlei Gleiten vier Röhrenenden stattfinden
kann.
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Der Meclianisnius zuin nlllaseli der Luft in die Röhre .-1 (Abb. 2,
15, 18, 19, 2o).
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In der hohlen Welle 55 befindet sich ein Kolben i (Abb. 15), der aus
einem Rohr 82 finit Flanschen 83 und 84 gebildet ist. Das l;nde des Rohres 82 erstreckt
sich über den Flansch 83 hinaus und ist mit Gewinde versehen. Auf diesem Gewindeende
sitzen die geflanschte Scheibe 83* sowie eine Mutter und L'nterlegscheibe zur Festlegung
der Scheitle 83*. An dein Flansch 84 sind drei Kopfbolzen 85 angeordnet, auf denen
sich eine dreieckige Platte 8() lose führt, die an dein Joch 87 befestigt und auf
deren Innenfläche eine Gummiplatte 88 vorgesehen ist. An dein Joch 8; sitzt ein
Lagerstück 89, mit dem das eine Ende einer Stange 9o (Abb. 1) gelenkig verbunden
ist. Das-andere Ende dieser Stange ist ein einem Hebel 9i (Abb. 1) angelenkt, der
fest auf der Schaukelwelle 92 sitzt, die in Böcken auf der Grundplatte 2o gelagert
ist. Auf der Welle 92 sitzt ebenfalls ein Hebel 93 (:3b11.3), der einen kurzen wagerechten
Arm 9.1 (Abb. 2, 3) hat, an dessen oberem Ende das eine Ende der gebogenen Stange
95 angelenkt ist. Das andere Ende der Stange 95 ist in einem Schlitz 96 drehbar
gelagert, der in einem Ansatz 97 des Hebels 28 vorgesehen ist (A1,4.2). Wenn der
Hebel 28 durch die Drehung des Exzenters E in Schwingung versetzt wird, wird von
diesem Hebel durch die Stange 95 die Bewegung auf die Schaukelwelle 92 und von dort
auf die Stange 9o übertragen, wodurch der Kolben 1 gezwungen wird, sich in fiter
hohlen Welle 55 zu bewegen. Wird der Koll en zwecks Zusammenpressens ,ler Luft in
der Ouarzröhre _1 betätigt, so wird (las Joch 87 zuerst nach links (in Abb. i) l;ew-ent,
bis die Gummiplatte 88 das Ende des lx'olires 82 verschließt. Dann wird der ganze
Koll:en selbst nach links bewegt und auf diese Weise Luft in das röhrenförmige Werkstück
. l hineingedrückt. Wenn (las joch 87 zurückgezogen wird, so wird damit zuerst die
Gunnniplatte von dem Ende des Rohres 82 entfernt, so (laß die in dein Werkstück
A zu-S;1111n1eilgepreßte Luft durch (las Rohr 82 und uni die Kanten der dreieckigen
Platte 86 lieruin austreten und so durch die hohle Welle 55 in die Atmosphäre abblasen
kann.
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Uni die Druckluft in dein hohlen Werkstiick festzuhalten, ist in der
hohlen Welle 5O (Alib. 1d.) ein Koll en J vorgesehen, der von einer flachen Metallscheibe
98 und einer gefl..nschten Scheike 99 aus Filier oder einem daran l:efestigten anderen
elastischen '.Xlaterial
gebildet ist. Dieser.Kolben sitzt an einer
Stange ioo (Abb. 2), die an dem oberen Ende eines festen Ständers ioi (Abb. i) der
Grundplatte 2o befestigt ist. Der Koll:en I bleibt daher in seiner Lage fest, und
die hohle Welle 56 gleitet bei ihrer Längsverschiebung auf dem Kolben. Wenn daher
der Kolben I seinen Kompressionshub ausführt, wird die Luft in dem röhrenförmigen
Werkstück zwischen den Koll:en I und I zusammengedrückt, während beim
Zurückziehen des Koll-ens I die so zusammengepreßte Luft in der schon 1 eschriel:enen
Weise entweicht.
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Die Schnur- oder Riemenscheiben 59 auf der Hauptantriebswelle F sind
mittels Feder und Nut festgelegt, so daß auf dersell-en durch die Ansätze io2 und
io.I des Schlittenansatzes 103 mitgenommen werden. Auf diese Weise «erden
die Scheiben 59 auf der Hauptwelle F in der Schnurrichte mit den Scheiben
58 der Wellen 55 und 56 gehalten. Die Wirkungsweise ist die folgende: Der in den
Futtern B, B' angeordnete, sich drehende Kern A wird bis zum plastischen Zustand
erhitzt. Die Heizbrenner C werden dann entfernt und das Quarzpulver auf der Platte
D in Berührung mit dem erhitzten Kern gebracht, das daran als eine Schicht ringsum
anhaftet. Während der Berührung des Kerns mit dem Quarzpulver wird ein Stoß Druckluft
in den Kern hineingedrückt, um die weiche Wandung desselben abzustützen. Der Kern
wird sodann mit dem daran haftenden Quarzpulver in die Brennerflamme zurückgekracht
und wiederum erhitzt, bis das Quarzpulver flüssig wird und mit dem Kern zu einem
Glaskörper verschmilzt. Dieses Arbeitsspiel wird beliebig oft wiederholt. Von dem
Augenblick der ersten Erhitzung dies Kerns bis zur Fertigstellung des Werkstücks
wirkt der Mechanismus zum Ausziehen der Enden des Werkstücks. Nach jedem Zurückziehen
des Werkstücks in bezug auf das Heizmittel wird die Klappe des Beschickungstrichters
G geöffnet, um eine abgemessene Menge Quarzpulver auf die Platte D zu bringen.
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Anstatt den Brenner und das Quarzpulver abwechselnd nach dem Werkstück
zu bewegen, könnte das Werkstück bewegt werden. Auch könnte das Quarzpulver anstatt
durch Eintauchen des Werkstücks durch Aufspritzen oder Aufstäuben auf das erhitzte
Werkstück gekracht werden, und zwar z. B. mittels einer Blaswirkung während des
Erhitzens oder kurz nach dem Erhitzen des Werkstücks auf den gewünschten plastischen
Zustand. Anstatt den Luftdruck in dein hohlen Werkstück durch den Hub eines Koll:ens
zu erzielen, könnte, auch in irgendeiner Weise ein Luftstrom unmittelbar in das
Werkstück eingelassen werden. Auch könnte anstatt der Gasflamme irgendeine andere
Heizquelle, z. B. eine elektrische Anordnung oder eine Lötrohrflamme, verwendet
werden. Durch geeignete Änderung der Zeitbemessung für die einzelnen Vorgänge der
Heizwirkung, der Menge des zugefügten Quarzpulvers, der Periode des Arbeitsspiels
und, bei einem hohlen Werkstück, auch des Grades des Innendrucks ist man imstande,
eine Mannigfaltigkeit verschiedener Formen, wie z. B. Kugel- oder ellipsoidischer
Formen oder auch mehr oder weniger verlängerter oder verjüngter Formen, zu erzielen.
Die Bezeichnung »erster Kern« bezieht sich auf den vorläufig hergestellten Körper
aus Quarzglas. Infolgedessen ist es klar, daß das '#Ä'erkstück nach jedem Ouarzpulverauftrag
zu einem Kern für den nächsten Auftrag wird.