TWI603927B - 用於製造玻璃管之方法及裝置 - Google Patents

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亞歷山大 布盧梅瑙
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何瑞斯廓格拉斯公司
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Description

用於製造玻璃管之方法及裝置
本發明係關於一種用於生產玻璃管，特定言之石英玻璃管的方法，該方法包含以下方法步驟：(a)提供具有壁厚度及外徑D1之該玻璃的中空圓柱，(b)逐區域地加熱及軟化該中空圓柱，該中空圓柱在相對於旋轉軸而移動的加熱區域中圍繞該旋轉軸旋轉，(c)藉由在施加於中空圓柱孔中之離心力及/或內部過壓之作用下徑向擴展經軟化區域而形成變形區域，及(d)連續地形成具有大於D1之外徑D2的該管。
此外，本發明係關於一種用於執行此類方法的設備，該設備包含○旋轉裝置，其用於使玻璃中空圓柱圍繞其縱軸旋轉，該中空圓柱具有內徑、外徑D1及由壁界定的內孔，及○加熱器，其可相對於該中空圓柱移動，用於逐區域地加熱及軟化該中空圓柱且用於形成具有大於D1之外徑D2的管。
藉助於此等方法及裝置，玻璃中空圓柱，特定言之石英玻璃中空圓柱在一個或若干個熱形成步驟中形成為具有增大之外徑的管。圍繞其縱軸旋轉的初始中空圓柱在此處在加熱區域中逐區域軟化，加熱區域相對於中空圓柱按相對饋送速率移動，且在此程序中在徑向向外 導引之力之作用下抵著在距管之縱軸的給定徑向距離處配置的模製工具而擴展，或其在不具有工具的情況下形成。徑向向外導引之力係基於中空圓柱之內孔中的離心力及/或內部過壓(亦稱為「吹塑壓力」)。
為了觀測拉出管股線之維度準確度，控制其維度中之至少一者，例如外徑、內徑或壁厚度。吹塑壓力、中空圓柱與加熱區域之間的相對饋送速率及加熱區域中之溫度為控制之常見操縱變數。
管端直徑愈大，生產在尺寸上準確之大管變得愈困難且愈昂貴。為了減輕此等問題，JP 2004-149325 A建議形成程序應細分成具有直徑之連續增大的複數個形成步驟。為此目的，待形成之具有250mm直徑的石英玻璃中空圓柱夾持於車床中，且在藉助於環圈配置之加熱燃燒器加熱的同時圍繞其水平定向之縱軸旋轉，且藉此逐區域地軟化，此係因為沿著圓柱夾套按給定饋送速率移動加熱燃燒器。直徑之增大係歸因於作用於經軟化區域上之離心力。變形區域將沿著整個初始圓柱行進一次，直至圓柱完全擴展。此處，藉助於雷射光束連續地感測管之外徑，而無需工具。將重複此形成步驟直至達到440mm之標稱管直徑。在每一形成步驟中，管直徑增大15mm。
在此形成程序中，吾人在每一個別形成步驟中達成相對小之形成程度，此舉伴隨著自徑向管尺寸之目標值的減小之偏差。此外，在每一形成步驟中，有可能考慮及校正在各別初始圓柱中存在的維度偏差。
另一方面，明顯的是，此程序極耗費時間及能量，尤其因為管在連續形成步驟之間冷卻。
EP 0 037 648 A1描述一種生產光纖的方法，其中藉由逐區域地加熱及將內部過壓施加至具有增大之內徑的管中來形成管。
US 5,167,420A描述一種用於在玻璃管中產生周圍凹槽的設備，其 中藉由主動冷卻在凹槽之區域中減小玻璃之黏度。
JP 10101353 A描述一種用於生產石英玻璃管的方法，其中藉由施加內部過壓逐區域軟化石英玻璃圓柱，且當石英玻璃圓柱圍繞其縱軸抵著外部模製工具旋轉至管中時形成石英玻璃圓柱。石英玻璃圓柱在此處在一側處閉合。除了外徑以外，亦旨在達成均一壁厚度。為此目的，將平行模製板用於模製工具上。
DE 41 21 611 C1描述一種用於生產石英玻璃管的方法，其中調節拉出石英玻璃管股線之壁厚度。當石英玻璃中空圓柱穿過加熱鍋爐旋轉時，在此處連續地推動石英玻璃中空圓柱，在加熱鍋爐內，在距管之縱軸的徑向距離處配置水冷式石墨板。歸因於中空圓柱內之過壓，抵著石墨板吹塑軟中空圓柱，以使得石墨板距管之縱軸的徑向距離粗略地預定管之所得外徑。在坯料之相對於鍋爐的饋送方向上查看，軟石英玻璃在石墨板前面積聚且圍繞坯料之外壁形成圓周卷邊。建議應藉由藉助於相機以光學方式感測卷邊高度及藉由使用自預定目標卷邊高度之偏差用於程序控制而將圓周卷邊之高度用於程序控制。將中空圓柱之內孔中的過壓選取為控制之操縱變數。可藉此最小化管之內徑的變化且因此最小化管之壁厚度的變化。
技術目標
可嘗試保持形成步驟之數目儘可能小，此係因為將各別變形程度，亦即直徑之改變，設定為儘可能高。然而，已發現已存在於原始中空圓柱中的維度偏差傾向於在形成程序中繼續存在於拉出玻璃管中且甚至得到加強。徑向橫截面分佈之變化或壁一側性(亦即，管壁厚度之徑向不規則砌層，其在專家中又稱為「側化」)在辨別上特別不利。因為外徑為模製工具使用中之相對固定的預定值，所以管壁側化在此情況下伴隨有管之內徑的波動。
歸因於增大之管端直徑，此等問題增大。原因為在形成程序中 在初始圓柱中發現之壁厚度變化隨直徑按指數規律上升。因此，側化之最大值(例如，1mm)(其根據本說明書仍為可容許的)可在最後分析中限制可在實務中實現之管端直徑。中空圓柱之相對較薄壁區域比相當厚壁區域易於變形。吹塑壓力愈大，厚度差異將愈顯著，以使得吹塑壓力無法任意地高。取而代之，為了達成商業上可接受之形成速率，必須在較高溫度下加熱且較強烈地軟化玻璃。然而，此引起顯著的抽取條痕及玻璃壁中之其他缺陷及增大之能量需求，在大容積管(在下文中又稱為「大管)」之情況下尤其如此，大容積管由於其較大大小而冷卻得特別快速。
因此，本發明之目標為指示一種使得有可能在單個形成步驟中或在小數目個形成步驟中將中空圓柱在可能的情況下形成為具有大外徑及高維度準確度之玻璃管的方法。
此外，本發明之目標為提供一種適合於執行該方法的設備。
對於方法，根據本發明而達成自上述類型之方法開始的此目標，其中(i)根據方法步驟(a)提供中空圓柱包含判定壁厚度相對小的圓周位置，(ii)且在加熱及軟化旋轉中空圓柱期間，僅當或主要當具有相對小壁厚度的圓周位置通過冷卻劑來源時將冷卻劑自該冷卻劑來源施配至變形區域上。
在根據本發明之方法中，藉由沿著中空圓柱之縱軸的相對小壁厚度判定至少一個圓周位置。小壁厚度例如為在徑向橫截面中圍繞中空圓柱之圓周的最小壁厚度。小壁厚度之圓周位置亦應在下文中簡稱為「薄壁點」。
針對薄壁點之判定，在上述方法步驟(i)之意義上，直接或間接 判定圍繞圓周之壁厚度分佈；舉例而言，藉由間接判定，當可將中空圓柱之外徑假定為恆定時，僅量測內徑即足夠。可事先相對於形成程序而在單獨量測程序中進行此判定，或在形成程序期間連續地，但較佳地在相關中空圓柱之長度部分傳遞至加熱及變形區域中之前進行判定。跨待形成之中空圓柱的長度查看，薄壁點之圓周位置可移位；然而，按一般規則且在最簡單情況下，圓周位置跨中空圓柱之全長係相同的。在此前提下，在跨中空圓柱之全長的上述方法步驟(i)意義上，中空圓柱環之量測足以能夠判定相關圓周位置。
根據方法步驟(ii)，冷卻劑當傳遞至加熱區域中且因此傳遞至變形區域中時作用於薄壁點。冷卻劑之作用為週期性的，亦即，其僅當薄壁點歸因於中空圓柱之旋轉而通過在圓周方向中靜止之來源用於排出冷卻劑時才發生。作用可在薄壁點每次通過之後或在預定數目次通過之後發生。藉由受控動作，冷卻劑回應於待觀測且已預定的冷卻程度而免除薄壁點之通過。按任何速率，冷卻劑之排出回應於中空圓柱旋轉之時脈頻率而在時間上或多或少有規律地改變，此在下文中將亦稱為「週期性冷卻劑排出」。
使冷卻劑之排出受限之作用區域可視為圍繞變形區域之圓弧或圓周部分。僅當或主要當圓周部分或圓弧定位於冷卻劑排出區域中時才施配冷卻劑。當薄壁點離開該區域時，將終止或減少冷卻劑之排出。若在中空圓柱圍繞其縱軸之每一旋轉之後，冷卻劑排出啟動恰好一次且接著再次完全撤銷啟動，則將達成與剩餘壁點相比較之對薄壁點的最大限度地充分冷卻。
歸因於冷卻劑之作用，局部地增大圍繞薄壁點之玻璃的黏度，藉此在變形區域之此部分中減小玻璃塊之可變形性。薄壁點因此較不強烈地變形；因此，薄壁點保持比在不具有冷卻局部地作用於薄壁點的情況下更厚。此處必須注意，至薄壁點上的選擇性冷卻劑排出亦不 僅實現恰好最薄壁厚度之圓周位置處的黏度增大，並且實現鄰近區域的黏度增大-儘管程度較小。石英玻璃之黏度展示指數溫度依賴性，以使得少數幾度之溫度變化已對黏度具有可辨影響。
由於週期性冷卻劑排出，圍繞中空圓柱之縱軸旋轉的玻璃塊之黏度跨變形區域之圓周受影響，使得獨立於中空圓柱之壁厚度分佈達成變形區域中之更均一預成形。即使在週期性冷卻劑排出的情況下，亦可回應於徑向管或中空圓柱尺寸而選擇性地設定每一週期中之冷卻劑的排出量及因此冷卻作用之強度，且可特別用作用於相關管或中空圓柱尺寸之控制的操縱變數。此尺寸特定言之為壁厚度或內徑。
「變形區域」可理解為玻璃塊可塑性變形且拉出管之幾何形狀可受冷卻影響的區域。在變形區域中，外逕自中空圓柱至管連續地減小，且壁厚度通常減小，但其亦可保持約相同。
變形區域之「開始」定義為以下公式適用於變形區域之位置相依性外徑DV的(沿著中空圓柱之縱軸之)x位置：Dv1=D1+1/10×(D2-D1)。同樣，變形區域之「末端」標記以下公式適用於變形區域之位置相依性外徑DV的x位置：Dv2=D2-1/10×(D2-D1)。
根據本發明之方法減小中空圓柱之現有壁一側性的不利影響，且從而允許一個或每一形成級中之相對大之直徑變化。此允許具有極少形成步驟的經濟形成程序；理想上，僅要求單個形成步驟。具體言之，藉此有可能生產具有可接受能量支出且不具有顯著抽取條痕及可容許側化的具有大於500mm之外徑的石英玻璃大管。
結果為，將液體，特定言之水，用作冷卻劑係特別有利的。
在液體之蒸發期間，熱能自變形區域移除。較佳地，使用由特別高蒸發焓區分之水，且水蒸發而變形區域之表面不具有殘餘物。就此而言，使用去離子水結果已顯示為特別有利的。
結果為，將液體噴灑或潑濺至變形區域上係有用的。
呈精細液滴形式之液體的噴灑及呈液體噴流形式之噴濺允許對液體，特定言之水，的直接、局部界定之施加。小液體量為足夠的；一旦薄壁點進入冷卻劑排出之預期區域，則可快速供應液體，且一旦薄壁點再次離開冷卻劑排出之預期區域，則可快速撤銷啟動或減小冷卻劑排出。
較佳地，液體量在中空圓柱旋轉之週期中改變。
由冷卻劑來源施配之冷卻液體的量在中空圓柱旋轉之週期中不同；此意謂在中空圓柱之每一旋轉之後，即刻改變至少兩次。在薄壁點已進入冷卻劑排出之區域之後，啟動或增大冷卻劑排出，或一旦薄壁點再次離開冷卻劑排出之預期區域，則撤銷啟動或減小冷卻劑排出。
為了補償複數個沿圓周分佈之薄壁點，可在中空圓柱之旋轉期間啟動冷卻劑來源若干次。若在中空圓柱之圍繞其縱軸的每一旋轉期間，冷卻劑之排出恰好啟動一次且恰好完全撤銷啟動一次，則將達成與剩餘的壁圓周相比較之對薄壁點特別有效的冷卻。
圍繞冷卻劑作用於薄壁點之變形區域的圓弧愈短，可愈有效地恰好在薄壁點之區域中增大黏度。就此而言，在一較佳方法變化形式中，提供圍繞冷卻劑起作用之變形區域之圓弧小於30角度。
當對維度準確度及程序穩定性具有高需求時，程序較佳，其中將內部壓力設定為小於20毫巴，較佳設定為小於10毫巴。
已發現，高內部壓力(吹塑壓力)可損壞程序穩定性。管壁中歸因於吹塑壓力起作用的切向張力取決於壁厚度。壁愈薄，對在切向方向中的變形區域之變形的內部壓力愈可辨。此具有以下效果：存在於中空圓柱中之壁厚度偏差在吹塑壓力之作用下在變形區域中加強，此係因為較薄壁比較厚壁經受的切向張力高。
藉由先前已知的形成方法，在不容許形成石英玻璃中空圓柱的 形成錯誤的情況下，大於40mm之直徑改變(D2-D1)係幾乎不可能的。可藉由根據本發明之方法處理此等直徑改變，而不產生任何問題；即使在單個形成階段中存在120mm之直徑改變的情況下，在拉出管股線中不會觀測到不均勻性，或在程序序列中不會觀測到不穩定性。
因此，在根據本發明之方法中，大直徑改變較佳，以使得產生具有比D1大至少40mm、較佳地大至少70mm且尤佳大至少100mm的外徑D2。
藉此有可能在單個形成階段中設定40mm或更多、較佳地大於70mm且尤佳大於100mm之直徑改變，以使得具有少數形成步驟的特別經濟之形成方法在大直徑改變之情況下亦係可能的；理想上，僅要求單個形成步驟。藉此尤其有可能生產具有可接受能量支出且不具有顯著抽取條痕及可容許側化的具有大於500mm之外徑的石英玻璃大管。
預期在一尤其較佳方法變化形式中，判定圍繞變形區域之圓周的溫度分佈。
週期性地作用於薄壁點上之冷卻劑局部地冷卻變形區域的表面。藉由量測圍繞變形區域之圓周的表面溫度，吾人相對於溫度之等級及局部分佈而獲得關於冷卻程度之資訊。可基於此溫度量測調適或控制冷卻量度，此係因為(例如)當並未達到限制溫度時停止或減小冷卻。在調適/控制中可另外考慮藉由模擬或憑經驗判定之比較性資料。在冷卻點區域中，吾人達成最大冷卻及溫度差。自其開始，在每一旋轉期間觀測溫度分佈之某一平衡。為偵測圓周溫度分佈，在冷卻劑作用之縱軸位置的區域中，一或多個溫度量測點圍繞變形區域之圓周而分佈。在最簡單的情況下，歸因於變形區域之旋轉，單個量測點為足夠的。用於溫度量測點的適合圓周位置(例如)(在冷卻點旋轉了約180度之後)與冷卻劑作用之位置對置地定位，或(在300度至360度之 間的旋轉之後)直接定位於該位置前面。適合之量測裝置為(例如)紅外相機或高溫計。
對於設備，根據本發明達成自上述類型之設備開始的上文指示之目標，其中一旦歸因於中空圓柱旋轉，具有相對小壁厚度的圓周位置通過冷卻劑來源，則將冷卻劑來源配置於變形區域周圍以週期性地將冷卻劑施配至變形區域。
根據本發明之設備意欲將沿著中空圓柱之縱軸具有相對小壁厚度的至少一個圓周位置(亦簡稱為「薄壁點」)按比相鄰壁部分小的程度擴展(擴張)成管。為此目的，預期當一個或若干先前經判定薄壁點傳遞至變形區域中時，冷卻劑作用於此點，且其進一步變形可受冷卻劑之作用影響。
為此目的，根據本發明之設備配備有沿圓周較佳地靜止之來源，用於歸因於中空圓柱之旋轉而排出週期性地經過薄壁點之冷卻劑。冷卻劑來源連接至控制裝置且較佳地經組態使得其在薄壁點之每一通過期間在作用週期期間恰好將冷卻劑施配至變形區域一次。在作用週期期間施加之冷卻劑量取決於待校正之壁厚度偏差程度，且在最簡單的情況下憑經驗判定且反覆地調適冷卻劑量。作用週期通常在數秒之範圍內。其可由控制裝置預定為在特定通過薄壁點的情況下不施配或將較小量之冷卻劑施配至變形區域。
在根據本發明之設備的一較佳實施例中，冷卻劑來源經組態以施配液態冷卻劑。
其包含(例如)噴嘴、管或霧化器且經調適以將呈噴流形式的冷卻液體，或作為具有小於1mm之直徑的精細液滴輸送至變形區域之預期作用區域。當水(例如)用作冷卻液體時，必須假設歸因於相對低沸點及變形區域中之高溫幾乎無液體或極少液體(充其量為蒸汽)傳遞至其自身表面上，然而，其中，歸因於自圍繞(理論)衝擊點之環境的蒸 發而移除熱且藉此冷卻衝擊點。
冷卻劑來源較佳地可連同加熱器或模製工具沿中空圓柱之縱軸方向移動，但在圓周方向中靜止。冷卻劑之作用限於圓周部分或限於圍繞變形區域之圓弧。此圓弧愈短，由冷卻劑來源施配之冷卻劑僅對薄壁點起作用愈準確。就此而言，圍繞冷卻劑起作用之變形區域的圓弧較佳小於30角度。
當冷卻劑來源連接至用於控制管之壁的內徑、外徑或壁厚度的控制裝置，且經組態以回應於控制裝置之控制信號而施配給定冷卻劑量時，其亦有用。
此實施例特定言之亦適合於補償圍繞圓周分佈之若干薄壁點，此係因為可在中空圓柱旋轉期間藉助於控制裝置反覆地啟動冷卻劑來源用於排出冷卻劑。
為了能夠判定圍繞變形區域之圓周的溫度分佈，在圍繞變形區域之圓周的設備之一尤佳實施例中，一個或若干溫度量測裝置分佈於冷卻劑作用之縱軸位置之區域中。舉例而言，適合之量測裝置為紅外相機或高溫計。
2‧‧‧初始圓柱
3‧‧‧固持管
4‧‧‧夾盤
5‧‧‧車床
6‧‧‧旋轉軸
7‧‧‧內孔
8‧‧‧石墨模製件
9‧‧‧氣體入口
11‧‧‧高溫計
12‧‧‧量測點
13‧‧‧方向箭頭
14‧‧‧變形區域
15a‧‧‧燃燒器環
15b‧‧‧燃燒器環
16‧‧‧感測器
17‧‧‧控制裝置
18‧‧‧水噴流管
19‧‧‧滑塊
20‧‧‧點劃線圓周線
21‧‧‧燃燒器托架
22‧‧‧大管
23‧‧‧控制線
40‧‧‧旋轉方向
41‧‧‧薄壁點
42‧‧‧圓周位置
43‧‧‧圓周位置
44‧‧‧水噴流
α‧‧‧角度
β‧‧‧角度
現將參考實施例及專利圖式而更詳細地解釋本發明。圖式在以下各圖中詳細展示：圖1為用於將石英玻璃之中空圓柱形成為石英玻璃管的設備之一實施例，展示為側視圖及示意性表示，圖2為具有額外構造細節的圖1之設備的部分，展示為示意性表示，圖3為在接通冷卻劑供應時變形區域中的中空圓柱之壁厚度分佈的放大視圖，展示為示意性表示，圖4為在切斷冷卻劑供應時變形區域中之壁厚度分佈，且 圖5為用於解釋在形成程序期間冷卻劑供應對壁厚度分佈之影響的圖。
圖1示意性地展示用於將石英玻璃中空圓柱2形成為大管22的設備。形成程序包含形成各別初始中空圓柱的若干形成階段，自300mm之外徑開始連續地進行至具有960mm之外徑及7.5mm之壁厚度的所要大管22中。
固持管3焊接至待形成之石英玻璃中空圓柱2的前側上。固持管3夾持於水平玻璃車床5之夾盤4中，夾盤4同步地圍繞旋轉軸6旋轉。燃燒器托架21(見圖2)(在其上複數個燃燒器呈環形式圍繞中空圓柱2之外圓周分佈)自一個中空圓柱末端移動至另一端，藉此逐區域且跨其整個圓周加熱石英玻璃中空圓柱2。燃燒器托架21在圖1中由點劃線圓周線20符號表示，點劃線圓周線20對應於加熱區域；在圖2中詳細示意性地展示點劃線圓周線20。經由氣體入口9，可藉由氣體吹掃中空圓柱2之內孔7及大管22，且可設定經界定內部壓力。由離心力及內部壓力驅動，外部管壁停置於石墨模製件8上，石墨模製件8與燃燒器托架21一起移動。
石墨模製件8安裝於可沿著縱軸6移動的滑塊19上。此外，導引至中空圓柱2與管22之間的變形區域14上之水噴流管18安裝於滑塊19上。水噴流管18週期性地產生具有小於5mm之直徑的精細水噴流。水噴流可以液態形式或以蒸汽形式沖射至變形區域14上。
圖2之細節視圖展示滑塊19與其上安裝之水噴流管18，及中空圓柱2與管22之間的變形區域14。水噴流管18經由資料及控制線23連接至控制裝置17。
燃燒器托架21沿著初始中空圓柱2自左側至右側移動，如由方向箭頭13展示。燃燒器托架21已於其上按連續次序安裝兩個燃燒器環 15a、15b，燃燒器環15a、15b平行地圍繞旋轉軸6行進且用以加熱及軟化初始圓柱2。兩個燃燒器環15a、15b在軸向方向6中間隔開50mm，且在其加熱容量方面可彼此獨立地加以調整。燃燒器環15a、15b中之每一者由圍繞圓柱之縱軸6均勻分佈的五個氣體燃燒器形成，其中，在圓周方向中查看，燃燒器列15a、15b中之個別燃燒器自彼此偏移而配置。
歸因於燃燒器托架21按4cm/min之速率的前進移動，當圍繞其縱軸6(其對應於旋轉軸)旋轉時，中空圓柱2在燃燒器環15a、15b之作用下連續地加熱至約2,100℃的高溫。相比於前燃燒器環15a，在本文中在後燃燒器環15b中設定較低加熱容量。
在此處可藉由氣體吹掃內孔7，且可在內孔7中設定高達約100毫巴的所界定且經控制內部壓力。在該實施例中，施加15毫巴之吹塑壓力。
藉由燃燒器環15a、15b中之加熱向石英玻璃給出低黏度，使得石英玻璃僅在離心力及內部壓力之作用下變形，而無需將模製工具用於管22中。形成程序因此不具有工具。作為支撐件，外部管壁停置於石墨模製件8上。
為了量測壁厚度，連接至控制裝置17之光學感測器16(包括壁厚度控制件)配置於初始圓柱2之區域及拉出石英玻璃管22之區域中。當管股線旋轉時，感測器16能夠連續地產生壁厚度分佈，在控制裝置17中評估壁厚度分佈，使得跨外圓周偵測到一定量之壁一側性(壁厚度之最大值減最小值)及最小壁厚度(薄壁點)及最大壁厚度的圓周位置。
為了量測變形區域21之區域中的表面溫度，將高溫計11導引至量測點12上。溫度量測點12之位置與水噴流自水噴流管18至變形區域14上(其中旋轉方向中之偏移為約180度)的假想衝擊點對置而定位。藉此偵測到圍繞變形區域14之圓周的溫度分佈。此資訊經由資料及控制 線(未展示)而供應至控制裝置17，且作為溫度或壁厚度控制之補充而使用。
圖3示意性地展示呈徑向橫截面之變形區域14中之中空圓柱2的壁厚度分佈。圍繞縱軸6之旋轉方向指派有參考數字40，且最薄中空圓柱壁之先前判定圓周位置指派有參考數字41。控制裝置17控制經由水噴流管18之水供應，使得水噴流44在通過先前經判定薄壁點41期間簡單地潑濺。冷卻水供應在薄壁點41到達水噴流管18之圓周位置不久之前到達，且冷卻水供應在薄壁點41已通過水噴流管18之圓周位置不久之後終止，如圖4中所展示。在該實施例中，在圓周位置42及初期水噴流44與最薄壁點41之間的角度α為約10度，且圓周位置43(自其開始再次切斷水噴流44)與最薄壁點41之間的角度β為約5度。回應於中空圓柱旋轉，吾人藉此獲得經由約15度之圓弧在變形區域14上的「脈動」冷卻水排出，該圓弧圍繞最薄壁點41。僅當最薄壁點41定位於該圓弧內時才進行冷卻水之排出。當最薄壁點41離開圓弧時，終止冷卻水之排出。
藉此局部增大圍繞最薄壁點41之石英玻璃的黏度，且藉此在變形區域之此部分中減小了玻璃塊之可變形性。最薄壁點41保持比在不具有冷卻局部地作用於最薄壁點41的情況下更厚。因為石英玻璃之黏度展示指數溫度依賴性，少數幾度之溫度變化已對黏度具有可辨影響。
當具有300mm之初始外徑的中空圓柱2按30rpm之轉速圍繞縱軸6旋轉時，此引起變形區域14(取決於局部圓周)之大於0.5m/s的切向速率。具有1cm之寬度及1cm之壁厚度的石英玻璃條因此展示約0.11kg/s的質量速度。為了使此條冷卻1K，必須排出約150J/s之能量轉換(按石英玻璃之約1.4J/gK的特定熱容量計)，能量轉換對應於0.06g/s之水量(假定完全水量蒸發)。
歸因於脈動式週期性冷卻水排出，圍繞中空圓柱之縱軸6旋轉的玻璃塊之黏度受到變形區域14之圓周影響，使得獨立於中空圓柱之壁厚度分佈，吾人實現變形區域中之更均一預成形。
在用於生產最後管直徑之若干形成階段的情況下，當藉由最後形成階段中之週期性地冷卻水排出進行壁厚度校正時係足夠的。此亦由圖5之圖表明，圖5展示在最後形成階段之後石英玻璃管之相鄰長度部分的壁厚度分佈(初始圓柱2之外徑=320mm，最後管22之外徑=440mm，標稱壁厚度為4.7mm)。在圖中，相對於圓周角δ(按度計)標繪壁厚度W(按mm計)。初始圓柱2展示跨其整個長度以均一模式且在相同圓周位置(在圖5中按約160度)處延伸的薄壁點。在形成管之一個長度部分期間(曲線A)，根據本發明來基於週期性冷卻水排出而處理薄壁點。藉由與未經處理長度部分(曲線B)相比，壁一側性(側化)程度(其被計算為最大壁厚度減最小壁厚度)可單獨藉由在最後形成階段中之量測而自0.76mm減小至0.59mm。
2‧‧‧初始圓柱
3‧‧‧固持管
4‧‧‧夾盤
5‧‧‧車床
6‧‧‧旋轉軸
7‧‧‧內孔
8‧‧‧石墨模製件
9‧‧‧氣體入口
18‧‧‧水噴流管
19‧‧‧滑塊
20‧‧‧點劃線圓周線
22‧‧‧大管

Claims (18)

  1. 一種用於生產玻璃管(22)的方法，該方法包含以下方法步驟：(a)提供具有壁厚度及外徑D1之該玻璃的中空圓柱(2)，(b)逐區域地加熱及軟化該中空圓柱(2)，該中空圓柱(2)在相對於旋轉軸(6)而移動的加熱區域(20)中圍繞該旋轉軸(6)旋轉，(c)藉由在施加於中空圓柱孔(7)中之離心力及/或內部過壓之作用下徑向擴展經軟化區域而形成變形區域(14)，及(d)連續地形成具有大於D1之外徑D2的該管(22)，該方法特徵在於(i)根據方法步驟(a)提供該中空圓柱(2)包含判定該壁厚度相對小的圓周位置，(ii)以及在加熱及軟化該旋轉中空圓柱(2)期間，僅當或主要當具有該相對小壁厚度的該圓周位置通過冷卻劑來源(18)時將冷卻劑(44)自該冷卻劑來源(18)施配至該變形區域(14)上。
  2. 如請求項1之方法，其中該玻璃為石英玻璃。
  3. 如請求項1之方法，其特徵在於液體用作該冷卻劑(44)。
  4. 如請求項3之方法，其特徵在於該液體經噴灑或潑濺至該變形區域(14)上。
  5. 如請求項3之方法，其特徵在於水用作該液體。
  6. 如請求項3之方法，其特徵在於在中空圓柱旋轉之週期中改變液體之量。
  7. 如請求項6之方法，其特徵在於在該中空圓柱(2)圍繞其縱軸(6)之每一旋轉期間，該液體量增大一次且減小一次。
  8. 如前述請求項1至7中任一項之方法，其特徵在於該冷卻劑(44)起作用之該變形區域(14)周圍的圓弧小於30度。
  9. 如前述請求項1至7中任一項之方法，其特徵在於該內部過壓設定為小於20毫巴。
  10. 如前述請求項1至7中任一項之方法，其特徵在於該管(22)經生產而具有比D1大至少40mm的外徑D2。
  11. 如前述請求項1至7中任一項之方法，其特徵在於該管(22)經生產而具有比D1大至少70mm的外徑D2。
  12. 如前述請求項1至7中任一項之方法，其特徵在於該管(22)經生產而具有比D1大至少100mm的外徑D2。
  13. 如前述請求項1至7中任一項之方法，其特徵在於判定該變形區域(14)之圓周周圍的溫度分佈。
  14. 一種用於執行如請求項1之方法的設備，該設備包含旋轉裝置(5)，其用於使玻璃中空圓柱(2)圍繞其縱軸(6)旋轉，該圓柱具有內徑、外徑D1及由壁界定的內孔(7)，及加熱器(20)，其可相對於該中空圓柱(2)移動，用於逐區域地加熱及軟化該中空圓柱(2)且用於形成具有大於D1之外徑D2的管(22)，該設備特徵在於冷卻劑來源(18)配置於變形區域(14)周圍，以一旦歸因於該中空圓柱旋轉，具有相對小壁厚度的圓周位置通過冷卻劑來源(18)，則週期性地將冷卻劑施配至該變形區域(14)。
  15. 如請求項14之設備，其特徵在於該冷卻劑來源(18)經組態以施配液態冷卻劑(44)。
  16. 如請求項14或15之設備，其特徵在於該冷卻劑來源(18)經組態以在該中空圓柱(2)圍繞其縱軸(6)旋轉期間，在該中空圓柱旋轉之週期中在曝露週期期間恰好施配冷卻劑(44)一次。
  17. 如請求項14或15之設備，其特徵在於該冷卻劑來源(18)可連同該 加熱器(20)或模製工具(8)在該中空圓柱之該縱軸(6)的方向上移位。
  18. 如請求項14或15之設備，其特徵在於該冷卻劑來源(18)連接至用於控制該管(22)之該內徑、該外徑或該壁的該壁厚度之控制裝置(17)，且經組態以回應於該控制裝置(17)之控制信號而施配給定冷卻劑量。
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