TWI600625B - 包含缺口狀末端耳部之襯套 - Google Patents

Description

包含缺口狀末端耳部之襯套

本發明係關於玻璃纖維製造設備。特定而言，本發明係關於用於使一襯套總成達到用於生產玻璃絲之一適合溫度之末端耳部。

玻璃纖維可藉由在一熔融器中熔融一玻璃組合物且將其透過一襯套總成之尖端板拉出而生產。一襯套總成通常呈一矩形盒之形式，其中兩對相對側及端壁形成其周邊，其中在頂部處之一開口與熔融器流體連通。底部底板包含一尖端板，該尖端板係包含眾多孔口或尖端之一板，玻璃熔體可透過該等孔口或尖端流動以形成經變細而達成其所需尺寸之纖維。為確保對黏度之一最佳控制，必須準確地控制尖端板之溫度。尖端板之溫度取決於玻璃熔體組合物但通常遠高於1200℃。由於極端之工作條件，一襯套總成之各種組件由鉑或鉑合金(通常為銠-鉑合金)製成。

襯套係藉由將電流自夾持至一第一末端耳部(熱耦合至襯套主體之一第一端壁)之一第一連接器通過襯套之主體傳送至夾持至一第二末端耳部(熱耦合至該襯套主體之與第一端壁對置之一第二端壁)之一第二連接器來電加熱。為防止連接器(通常由銅製成)過熱及變形，通常將其水冷卻。因此，在經水冷卻之連接器所夾持之襯套自由端與耦合至襯套端壁(在遠高於1200℃之溫度處)之端之間的末端耳部曝露至嚴重熱梯度。此等極端溫度梯度具有兩個缺點：第一，其由於隨溫度 變化而不同之熱膨脹位準而在固定於襯套主體之兩個對置端處之末端耳部中形成實質應變，從而導致耳部之翹曲。第二，冷卻連接器亦冷卻襯套之端壁，而在襯套尖端板之位準處需要一均勻溫度。為解決後一個問題，US2003/0167802提議在耳部之一未附接端處或其附近提供至少一個V形缺口。在US6196029之圖6中提議一類似設計。問題在於，即使與耦合至襯套端壁之端相比被冷卻之一末端耳部之未附接端之剖面面積小於在一無缺口末端耳部之情形中之剖面面積，但加熱襯套所需之通過電極之電流之密度較高且因此電極需要較多冷卻，使得一方面藉由減小末端耳部之經冷卻部分所獲得的又因需要較多冷卻以將較小電極維持在其工作溫度處而浪費掉。此外，內部應力往往集中於V形缺口之尖端處，從而導致末端耳部之過早故障及因此導致生產之中斷。

在相關技術中(諸如在CN2516548U中及在US2006/0218972中)已提議具有I形缺口之末端耳部。在後一文件中，此等缺口意欲接納一螺栓以將一電連接器固定至一末端耳部。在CN2516548U中揭示之末端耳部之設計係在上文論述之US2003/0167802中所揭示之末端耳部之等效物，具有一I形缺口而非一V形缺口。連接器大小在一I形缺口中係較大的，但在缺口之尖端處之應力集中度仍係極高的。

仍存在允許用於減小藉由連接器冷卻系統來減少襯套端壁之冷卻之最佳設計與末端耳部中之應力集中度之相伴減小之一問題，從而導致其過早故障。藉由本發明來解決此問題及其他問題。

在隨附獨立技術方案中定義了本發明。在附屬技術方案中定義了較佳實施例。特定而言，本發明係關於一種襯套總成，其包含耦合至該襯套總成之相對端壁用於加熱襯套尖端板及若干壁之末端耳部，該等末端耳部中之每一者包含一導電板，該導電板包含耦合至一第一 襯套端壁且背離該第一端壁延伸至可連接至一電源之一第二自由末端邊緣(1A)之一第一末端邊緣，該板包含一槽，該槽包含：(a)一第一開放端，其在該板之該第二自由邊緣處，寬度為W_A，(b)一伸長部分，其朝向該第一邊緣延伸，間隙寬度為W_B，及(c)一第二封閉端，其與該末端耳部之該第一邊緣分離且具有一彎曲幾何形狀；其特徵在於，在該槽之第二彎曲端之任何點處之曲率1/(2R)小於第一槽開放端W_A與伸長部分W_B兩者之最小間隙寬度W₀之倒數1/W₀，其中R係在該第二彎曲端之任何點處之半徑。

在本發明上下文中，術語「槽」及「缺口」用作同義字。

在一較佳實施例中，該槽具有一鑰匙孔幾何形狀。舉例而言，該槽之該伸長部分可具有一恆定寬度W_B，較佳地包含於2 mm與50 mm之間，較佳地在5 mm與20 mm之間，更佳地在8 mm與13 mm之間。另一選擇係，該伸長部分可向外張開，其中開放端具有大於該伸長部分之間隙寬度之一間隙寬度W_A。

若該槽之第二開放端部分係半徑為R之圓形或小半徑為R之橢圓則係有利的，其中R較佳地包含於5 mm與60 mm之間，較佳地在7 mm與25 mm之間，更佳地在10 mm與20 mm之間。

每一末端耳部可包含一個或一個以上此等槽。在一較佳設計中，該末端耳部經由實質上平行於第一末端邊緣與第二末端邊緣兩者之一線摺疊。較佳地，槽伸長部分沿實質上法向於第一末端邊緣與第二末端邊緣兩者之一方向延伸。

1‧‧‧第一末端耳部/導電板/板

1A‧‧‧自由邊緣/第二自由末端邊緣/第二自由邊緣/第二末端邊緣

1D‧‧‧第一邊緣/相對邊緣/第一耦合邊緣/第一末端邊緣

2‧‧‧襯套總成

2A‧‧‧第一端壁/端壁/相對端壁/第一襯套端壁/襯套端壁

2B‧‧‧側壁

3‧‧‧槽

3A‧‧‧第一開放端/開放端/第一槽開放端

3B‧‧‧伸長部分/低曲率封閉端

3C‧‧‧第二封閉端/彎曲尖端/第二彎曲端/低曲率缺口端/封閉端/第二端部分

5‧‧‧連接器/電源

6‧‧‧電源/電流源

R‧‧‧半徑/小半徑

W₀‧‧‧最小間隙寬度

W_A‧‧‧第一開放端之寬度/間隙寬度/寬度/第一槽開放端之間隙寬度

W_B‧‧‧寬度/間隙寬度/伸長部分之間隙寬度

為達成本發明之本質之一更完全理解，結合隨附圖式一起參考 以下詳細說明，其中：圖1：展示具有根據本發明之末端耳部之一襯套總成之一透視圖。

圖2：展示根據本發明之一末端耳部之一透視圖。

圖3：展示根據本發明之末端耳部之各種實施例之俯視圖。

圖4：展示根據本發明之包含兩個缺口之一末端耳部之一俯視圖。

如圖1中所圖解說明，一襯套總成(2)一般而言包含形成該總成之周邊壁之兩個側壁(2B)及兩個端壁(2A)。側壁(2B)定義襯套總成之縱向尺寸，且端壁(2A)定義橫向尺寸。該總成之頂部表面(未展示)係開放的，以使得其與經熔融玻璃之一源(通常係一熔爐)流體連通。襯套總成之底板包含一尖端板，該尖端板包含允許玻璃熔體流出且經拉製以形成精細之玻璃纖維之眾多孔口。在某些實施例(圖中未圖解說明)中，底板可由一中心樑劃分成兩個尖端板部分，此促成底板沿縱向方向之加固。若干個加強肋(未展示)亦沿著每一尖端板部分之長度大體散佈，從而沿橫向方向延伸以進一步加固底板。襯套總成通常藉由使來自電連接(5)至耦合(1D)至襯套總成之一第一端壁(2A)之一第一末端耳部(1)之一電流源(6)之電流沿縱向方向通過襯套總成且向外通過耦合至對置端壁之一第二末端耳部來電加熱。

電流源(6)透過耦合至每一末端耳部之自由邊緣(1A)之連接器(5)連接至末端耳部。連接器(5)通常由銅或其他良好電導體製成。鑒於通過其之高電流密度，連接器需要經冷卻(通常係水冷卻)以便將其溫度維持於合理工作值內(例如，不大於150℃至200℃)。在耦合至襯套總成之一端壁(2A)之每一末端耳部之相對邊緣(1D)處之溫度係為約1200℃至1400℃，因此沿末端耳部之縱向方向形成巨大熱梯度，此由 於沿熱梯度之耳部熱膨脹之不同量值而引起末端耳部之翹曲及末端耳部內之內部應力積累。連接器冷卻亦驅動一實質熱流沿該梯度向下流動，此冷卻末端耳部耦合至之端壁(2A)。

如US2003/0167802中所建議，冷卻襯套總成之端壁(2A)之熱流可藉由減小沿縱向方向背離襯套端壁(2A)之末端耳部之剖面面積來稍微限制。由於通過較小尺寸之連接器之較高電流密度，因此應注意不藉由要求更多冷卻以將連接器維持於其工作溫度處而產生一更陡熱梯度。若此問題可藉由計算來解決，則在該文件中提議之V形缺口仍會在V形缺口之尖端處產生內部應力之大量集中，此可導致末端耳部之快速故障。相同情形適用於如US2006/0218972或CN2516548U中所揭示之I形缺口之尖端。

本發明之末端耳部組合了提供有一缺口之末端耳部之就減弱端壁(2A)之冷卻而言之優點，而不具有其就內部應力之積累而言之不便。此係藉由確保缺口之彎曲尖端(3C)具有大於在任何其他點處之間隙之半寬度(½W_A、½W_B)之一曲率半徑而達成。就槽之第二彎曲端(3C)之任何點處之曲率1/(2R)而言，其必須低於第一槽開放端(3A)W_A及伸長部分(3B)W_B兩者之最小間隙寬度W₀之倒數1/W₀，其中R係在第二彎曲端(3C)之任何點處之半徑。此等幾何形狀准許繞低曲率缺口端(3C)分佈藉由熱梯度產生之內部應力，且亦藉由允許在缺口左右兩邊之耳部之兩個翼片沿不同方向彼此獨立地翹曲而釋放內部應力。

如圖4中所圖解說明，一末端耳部可具備一個以上缺口。其可包含並排配置之兩個、三個或三個以上此等缺口。圖3示意性地圖解說明根據本發明之缺口幾何形狀之各種實施例。舉例而言，缺口可具有如圖3(a)至圖3(d)中所圖解說明之一鑰匙孔幾何形狀，其中一第二彎曲端(3C)具有一實質圓形幾何形狀，且一伸長部分(3B)以如圖3(a)及圖3(b)中之平行缺口壁或如圖3(c)及圖3(d)中向外張開而延伸至開放端 (3A)。較佳地，如在圖3(b)及圖3(d)中，該缺口不包含尖銳轉角(亦即，在缺口邊緣之每一點處之切線無不連貫性)，其中轉角已經修圓處理。圖3(e)展示一鑰匙孔狀幾何形狀，其中轉角實質上已經平滑化。第二封閉端(3X)未必係圓形的，且可具有任何彎曲形狀。舉例而言，如圖3(g)及圖3(h)中所圖解說明，缺口之封閉端(3C)可具有一實質上橢圓形狀。圖3(f)中所圖解說明之幾何形狀圖解說明可如何增加連接器之長度以降低穿過其之電流密度，同時仍減小在一低曲率封閉端(3B)處積累之內部應力集中度。

槽較佳地沿著末端耳部之縱向方向延伸，其中縱向方向由襯套主體之側壁(2B)定義。本發明之末端耳部較佳地呈一矩形板之形狀，具有如上文所論述之幾何形狀之一個或數個槽，從而自耳部之第二自由端法向延伸。在一較佳實施例中，末端耳部經由實質上平行於耳部之第一耦合邊緣(1D)及第二自由邊緣(1A)之一線摺疊。此幾何形狀增加末端耳部沿橫向方向之藉由缺口之存在而實質上減小之抗彎勁度。

根據本發明之一末端耳部必須由係一良好電導體之一材料製成，且耐受約1400℃之高溫度。較佳地使用諸如鉑、銠及其合金之貴金屬來製造此等末端耳部。

本發明具有減少曝露於陡的熱梯度之一末端耳部內之內部應力之積累之優點，同時與今後所准許之減弱端壁(2A)之冷卻相比給予更多設計自由。

1‧‧‧第一末端耳部/導電板/板

1D‧‧‧第一邊緣/相對邊緣/第一耦合邊緣/第一末端邊緣

2‧‧‧襯套總成

2B‧‧‧側壁

3‧‧‧槽

3C‧‧‧第二封閉端/彎曲尖端/第二彎曲端/低曲率缺口端/封閉端/第二端部分

5‧‧‧連接器/電源

6‧‧‧電源/電流源

Claims (12)

1. 一種襯套總成(2)，其包含耦合至該襯套總成之相對端壁(2A)用於加熱襯套尖端板及若干壁之末端耳部，該等末端耳部中之每一者包含一導電板(1)，該導電板(1)包含耦合至一第一襯套端壁(2A)且背離該第一端壁延伸至可連接至一電源(5、6)之一第二自由末端邊緣(1A)之一第一末端邊緣(1D)，該板包含一槽(3)，該槽(3)包含：(a)一第一開放端(3A)，其在該板之該第二自由邊緣(1A)處，寬度為W_A，(b)一伸長部分(3B)，其朝向該第一邊緣(1D)延伸，間隙寬度為W_B，及(c)一第二封閉端(3C)，其與該末端耳部之該第一邊緣(1D)分離且具有一彎曲幾何形狀；其特徵在於，在該槽之第二彎曲端(3C)之任何點處之曲率1/(2R)小於第一槽開放端(3A)W_A與伸長部分(3B)W_B兩者之最小間隙寬度W₀之倒數1/W₀，其中R係在該第二彎曲端(3C)之任何點處之半徑。
2. 如請求項1之襯套總成，其中該槽具有一鑰匙孔幾何形狀。
3. 如請求項1或2之襯套總成，其中該槽之該伸長部分(3B)具有一恆定寬度W_B，該恆定寬度W_B較佳地係包含於2mm與50mm之間。
4. 如請求項2之襯套總成，其中該槽之該伸長部分(3B)具有一恆定寬度W_B，該恆定寬度W_B係包含在5mm與20mm之間。
5. 如請求項3之襯套總成，其中該槽之該伸長部分(3B)具有一恆定寬度W_B，該恆定寬度W_B係包含在8mm與13mm之間。
6. 如請求項1或2之襯套總成，其中該開放端(3A)具有大於該伸長部 分(3B)之任何點處之間隙寬度W_B之一間隙寬度W_A。
7. 前述請求項1或2之襯套總成，其中該槽之該第二端部分(3C)係半徑為R之圓形或小半徑為R之橢圓，其中R較佳地係包含於5mm與60mm之間。
8. 如前述請求項7之襯套總成，其中R係包含於7mm與25mm之間。
9. 如前述請求項8之襯套總成，其中R係包含於10mm與20mm之間。
10. 如前述請求項1或2之襯套總成，其中每一耳部包含一個以上此等槽。
11. 如前述請求項1或2之襯套總成，其中該末端耳部之該板(1)經由實質上平行於該耳部之該第一耦合邊緣(1D)及第二自由邊緣(1A)之一線摺疊。
12. 如前述請求項1或2之襯套總成，其中該槽伸長部分(3B)沿實質上法向於第一末端邊緣與第二末端邊緣(1A、1D)兩者之一方向延伸。