TWI668193B - 用於產生玻璃管的方法 - Google Patents

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Abstract

在用於將一石英玻璃管產生於一空心圓筒中的一已知形成方法中，在該圓筒圍繞一旋轉軸旋轉的同時，使該圓筒部分地在一加熱區帶中軟化，該加熱區帶以一相對饋送速率Va移動，且軟化部分在離心力及/或施加於空心圓筒鏜孔中的內部超壓力之作用下徑向膨脹，以便形成一變形區帶，且該管係以一外徑D2連續成形，該外徑D2大於該空心圓筒之外徑D1。由此開始，在單個形成步驟中或在數個形成步驟(該數目盡可能小)中將一空心圓筒形成為一玻璃管，該玻璃管具有大的外徑及高的尺寸穩定性，根據本發明，建議以一位置相依性徑向膨脹速率Vr實施該軟化部分之徑向膨脹，該徑向膨脹速率Vr之沿該變形區帶的輪廓具有一最大值Vr,max，該最大值Vr,max小於該饋送速率Va的2倍。

Description

用於產生玻璃管的方法
本發明係關於一種用於藉由自玻璃形成具有外徑D1之空心圓筒來產生玻璃(尤其是石英玻璃)管的方法，該方法在於：在該圓筒圍繞旋轉軸旋轉的同時，使該圓筒部分地在加熱區帶中軟化，該加熱區帶以相對饋送速率Va移動，且軟化部分在離心力及/或施加於空心圓筒鏜孔中的內部超壓力之作用下徑向膨脹，以便形成變形區帶，且該管係以外徑D2連續成形，外徑D2大於D1。
在此類方法及設備的情況下，在一個或複數個熱形成步驟中將玻璃(尤其是石英玻璃)空心圓筒形成為管，徑向管尺寸關於空心圓筒之徑向尺寸或橫截面輪廓而變化。圍繞其縱軸旋轉之初始空心圓筒在此逐個區帶地軟化，並且抵靠模塑工具或在不使用工具的情況下，在徑向向外的力之作用下於此過程中膨脹，該模塑工具相對於管之縱軸佈置於預定徑向距離處。徑向向外的力係基於離心力及/或基於空心圓筒之內部鏜孔中的內部超壓力(亦稱為「吹塑壓力」)。
在此應特別注意拉製出的管束(tube strand)之尺寸穩定性。為確保此穩定性，對管束之諸 如外徑、內徑或壁厚度之徑向尺寸的經常檢測及連續控制係必不可少的。吹塑壓力、空心圓筒與加熱區帶之間的相對饋送速率及加熱區帶中之溫度通常作為此種控制之控制變數。
原始空心圓筒中已存在之尺寸偏差往往會在形成過程期間傳播至拉製出的玻璃管中，且甚至在此過程中加劇。徑向橫截面輪廓之變化或壁單側性(wall one-sidedness)(亦即，管壁厚度之徑向不規則輪廓)亦在專家間稱為「偏斜(siding)」，在此應尤其注意其不利性。因為在使用模塑工具時，外徑為相對固定的給定尺寸，所以管壁單側性在此伴有管內徑的變化。
此等問題隨著管之末端直徑的增加而增加，因為在起始圓筒中發現之壁厚度變化在形成過程中隨著直徑以指數方式增長。因此，在最終分析中，根據本說明書仍可耐受之偏斜的最大值(例如1mm)限制了管之實際可達成的末端直徑。此效應亦取決於吹塑壓力之等級，因此此壓力不能任意地高。代替此舉，為了達成商業上可接受的形成速率，必須將玻璃加熱至更高度數且更強地軟化。尤其在大容量管(在下文中亦稱為「大管(large tube)」)的情況下，此又導致玻璃壁中之更多拉製條痕或其他缺陷，且導致增加的能量需求，該等大容量管由於其大容量而極快地冷卻。
管之末端直徑愈大，產生具尺寸穩定性的大管則因此愈困難且成本愈高。為緩解此問題，在JP 2004-149325 A中建議形成過程應再分成複數個形成階段，在該等形成階段中直徑連續增加。為達此目的，在車床中夾緊具有250mm直徑之將要形成的石英玻璃空心圓筒並且使該空心圓筒圍繞其水平取向的縱軸旋轉，同時藉助於環形佈置的加熱燃燒器加熱該空心圓筒並且使其逐個區帶地軟化，其中加熱燃燒器沿圓筒表面以預定饋送速率Va移動。直徑之增加係由於作用於軟化部分之離心力。變形區帶將沿整個起始圓筒遷移一次，直至圓筒完全膨脹為止。在不使用工具的情況下，藉助於雷射束在此連續地捕獲管之外徑。將重複此形成步驟，直至達到440mm之標稱管直徑為止。在每一形成步驟中，管直徑增加15mm。
CN 102887626 A描述一種多階段形成過程，該多階段形成過程用於產生具有大於520mm之外徑的石英玻璃管，其中每一形成階段產生60mm外徑。
技術目標
在此形成過程中，在每一各別形成階段中達成相對小的形成程度，該相當小的形成程度伴隨有與徑向管尺寸之標稱值之較小偏差。此外，每一形成階段提供了考慮並校正在相應起始圓筒中發現的尺寸偏差之可能性。
另一方面，顯然，此程序要求大量時間及能量，尤其因為管在連續的形成步驟之間會冷卻。
可試圖使形成步驟之數目盡可能小，其中將相應的變形程度(亦即，直徑之變化)設定為盡可能高。然而，已發現，在極大直徑變化的情況下，形成過程變得不穩定，其首先體現為形成沿縱軸方向延伸之波浪結構的直徑變化。
因此，本發明之目標係指出一種方法，該方法使得有可能在單個形成步驟或在數個形成步驟(該數目盡可能小)中將空心圓筒形成為玻璃管，該玻璃管具有大的外徑及高的尺寸穩定性。
關於方法，根據本發明達成自上述方法開始的此目標，該方法在於：以位置相依性徑向膨脹速率Vr實施軟化部分之徑向膨脹，該徑向膨脹速率Vr之沿變形區帶之輪廓具有最大值Vr,max，該最大值Vr,max小於饋送速率Va的2倍。
在變形部分(在此亦稱為「變形區帶(deformation zone)」)中，軟化玻璃束之直徑回應於玻璃之變形阻力而自空心圓筒至管連續地增加，該變形阻力尤其由壁厚度及黏度判定。在縱截面中，變形部分整體上具有漏斗形狀，當在截面中觀察時，該變形部分在圓筒與管之間具有S形過渡，該S形過渡在下文中亦將稱作「肩部(shoulder)」。
已發現，每當玻璃在徑向上的變形速率(在此亦稱為「徑向膨脹速率(radial expansion rate)」) 與徑向變形開始時的初始值相比變得太大時，將開始上述過程不穩定性且將形成波浪結構。徑向膨脹速率與管外徑對管壁厚度之比率成比例。此意謂，徑向膨脹速率愈大，則管外徑愈大，且管壁厚度愈小。外逕自變形部分之起始處至末端增加，且壁厚度通常會減小，但壁厚度亦可保持大致相同。因此，在無任何反制措施的情況下並且在相同溫度下，徑向膨脹速率自變形部分之起始處至末端增加。在加熱區帶與空心圓筒之間的恆定相對速率下，此將引起「肩部」之區域中的斜率變得愈來愈陡。然而，此減少了自徑向輸入至玻璃中之對流熱，從而影響相對的局部冷卻並且因此影響局部徑向膨脹速率之減小。因此，「肩部」再次變得更加平坦，且輸入至玻璃中之徑向熱輻射及局部溫度再次變得更高，以便局部徑向膨脹速率再次增加，且該機制重新開始。系統振盪，進而導致循環的波浪。
現在，避免此過程不穩定性之基本想法係抵抗在變形部分中發生過度的徑向膨脹速率。
若變形區帶亦以高速率移動，亦即若軸向饋送速率Va很高，則高的徑向膨脹速率Vr係無害的。饋送速率在整個形成過程中通常保持恆定。因此，在給定饋送速率下之徑向膨脹速率的程度之度量係變形區域中的「肩部」之斜率。肩部愈陡，則徑向膨脹速率與軸向饋送速率之間的比率愈大。換言之，肩部之斜率自速率 Vr/Va之比率得出，其中Vr指代半徑(亦即，直徑之一半)之膨脹。
已發現，若此比率小於2或甚至更好地小於1.5，較佳地小於1且尤其較佳地小於0.7，則過程波動得以避免。最大徑向膨脹速率Vr,max在此較佳地小於20cm/min，尤其較佳地小於10cm/min。
空心圓筒之形成係基於吹塑壓力或基於旋轉期間之離心力(離心作用)或基於上述兩個效應。在管壁中起作用之切向張力σT由以下兩個成分構成，其中第一個描述吹塑壓力之效應，且第二個描述離心力之效應。
σT=p．r/WD+ρω2r2 (1)
其中：p=壓力，r=形成部分中之半徑，WD=壁厚度，ρ=玻璃之比密度，ω=角速度。
在管壁中起作用之切向張力(沒有離心作用；僅有吹塑壓力)在變形區帶中產生徑向膨脹，亦即：
因此，下式適用於玻璃在徑向上(並且基於半徑)的膨脹速率：
因此，玻璃黏度為適合於改變局部變形速率之參數，因為變形速率與黏度成反比，且黏度取決於玻璃之溫度。因此，作為用於問題之解決方案並且用於改變徑向膨脹速率Vr之最大值的合適措施，建議應調適沿 變形部分作用於管束之溫度輪廓，以使得在起始處與末端之間，徑向上的變形速率的(徑向膨脹速率的)差值應盡可能小；理想地，升高(rise)由溫度輪廓完全地補償。
在此方面已證實為有利的是，當在加熱區帶中時，產生一溫度輪廓，該溫度輪廓至少沿變形區帶之次長度具有與沿相同次長度之切向張力之輪廓相反的路線。
沿該次長度之切向張力之輪廓的差值且因此徑向膨脹速率的差值在此由溫度輪廓完全地或至少部分地補償，其中目的在於設定沿次長度盡可能恆定的徑向膨脹速率。按照慣例，此目的愈完全地達成，變形區帶之對應的次長度愈大，其中溫度輪廓與切向張力之輪廓彼此相反。理想地，因此，次長度為變形區帶之總長度。然而，集中於大約在變形區帶之中間處的尤其關鍵區域亦已經足夠，例如變形區帶之中間三分之一。例如在操作期間基於標稱加熱輸出曲線獲得加熱區帶內之溫度輪廓，或藉由量測將要形成之管上的表面溫度來判定加熱區帶內之溫度輪廓。
基於以上等式(1)至(3)實施完全補償切向張力之輪廓的「反向(inverse)」溫度輪廓之計算。
徑向膨脹速率Vr與切向張力/黏度之比率成比例，亦即：dε/dt=σ/η=2．π．Vr
對於切向張力而言：σT=(p．r)/WD+ρω2 r2黏度及其溫度相依性係玻璃特定的。對於石英玻璃之黏 度η而言，以下相依性η(T)適用：lg η=1.6+8487/(T[℃]-390)(in Pas)
因此，在恆定膨脹速率Vr之條件下，針對「反向」溫度輪廓獲得下式：
實際上，大部分時間不要求完全補償不同的徑向膨脹速率。不要求溫度之輪廓與切向張力之輪廓成精確的鏡像或為反向或相反的。在簡單情況下，若在切向張力沿管之方向增加之輪廓的情況下，溫度沿同一方向減小，則對輪廓之反向的要求得以滿足。或在沿所考慮變形區帶之次長度的軸向位置處之切向張力具有最大值之輪廓的情況下，在此軸向位置處之溫度輪廓具有最小值。
歸因於減小的壁厚度，在沿變形區帶之均勻溫度輪廓的情況下，在變形區帶之末端處將不得不預期有特別高的徑向膨脹速率。第3圖之草圖在圖表中示意地展示在空心圓筒2與管22之間的變形區帶30之區域。直徑D在此繪製於縱座標上，且縱軸位置x繪製於橫坐標上。為了解釋徑向膨脹速率之不合需要的大差值之效應，圍繞縱軸6旋轉之空心圓筒2具有比拉製出的管22大的壁厚度，從而導致壁厚度沿變形區帶30減小。變形區帶30在此帶有灰色陰影。
變形區帶30之「起始處(beginning)」定義為下式適用於變形區帶的位置相依性外徑Dv時的x位置：Dv1=D1+1/10x(D2-D1)。因此變形區帶之「末端(end)」標記下式適用於變形區帶的位置相依性外徑Dv時的x位置：Dv2=D2-1/10 x(D2-D1)。
在變形區帶30之具有相對大的壁厚度WD之前方區域中，基於以上等式(1)至(3)獲得藉由向量vr1表示之徑向膨脹速率。比較而言，在恆定饋送速率va下，在變形區帶30之具有較薄壁厚度WD之後方區域中，獲得相對較高的徑向膨脹速率，如較長向量vr2所指示。
為抵抗此情況，朝向變形區帶之末端的溫度較佳地低於在變形區帶之起始處之溫度。變形區帶之末端與起始處之間的溫差在此為至少20℃。
為沿變形區帶產生非均勻的溫度輪廓，將加熱區帶再分成兩個或兩個以上加熱部分，該等加熱部分可獨立於彼此來加熱。在尤其較佳的實施例中，旨在使加熱區帶具有指派給變形區帶之起始處的前方加熱部分及指派給變形區帶之末端的後方加熱部分，其中藉助於前方加熱部分在變形區帶之表面上產生的溫度比藉助於後方加熱部分在變形區帶之表面上產生的溫度高。
理想地，變形區域之起始處(Dv1)與末端(Dv2)之間的徑向膨脹速率為恆定的。實際上，當該等 位置處之徑向膨脹速率相差不超過50%(基於兩個值中之較小者)時被證實為有用的。
用於改變局部徑向膨脹速率之其他參數為拉製出的玻璃束之壁厚度。管壁愈厚，在相同黏度下，對徑向膨脹之變形阻力愈大。徑向膨脹速率與壁厚度成反比。此係由空心圓筒進入加熱區帶時的速度與將管自加熱區帶移除時的速度之比率判定的。若此速度比率小於1，則石英玻璃管不被拉長，而是經受壓縮。此主要在軟且薄的壁部分上，亦即，在具有高的徑向膨脹速率之壁部分上導致增厚。理想地，保持變形區域上之壁厚度大致恆定，且進而使形成過程穩定，且允許外徑之精確設定。
因此，在較佳之方法變型中，旨在使形成過程至少暫時地包括壓縮階段，在該壓縮階段期間，空心圓筒移動至加熱區帶中時的速度與將管自加熱區帶移除時的速度之比率小於1。
在此將固持器熔接在將要形成之空心圓筒的前側上，且在玻璃車床之卡盤中夾緊此等固持器並且使其同步旋轉。使加熱源沿空心圓筒逐個區帶地移動。可在圓筒之內部鏜孔中設定限定的內部壓力。歸因於旋轉且受離心力及內部壓力的驅動，內部鏜孔膨脹，而卡盤不必為達此目的而移動分開。亦可在形成過程中沿旋轉軸之方向壓縮空心玻璃圓筒，其中壓縮後的管壁厚度介於壓縮前的壁厚度之70%與不超過100%之間。在此， 目標為玻璃管中之直徑增加，同時玻璃管之壁厚度在很大程度上得以維持。儘管導致壁厚度之增加(>100%)的壓縮過程係可能的，但該壓縮過程導致不合需要的變形。
用於產生吹塑壓力之氣體消耗取決於吹塑壓力之程度。在高吹塑壓力下之氣體消耗低於在低吹塑壓力下之氣體消耗。因此需要高吹塑壓力。然而，當對尺寸精確度及過程穩定性具有高要求時，將吹塑壓力設定為小於20mbar且較佳地小於10mbar之程序為較佳的。
在此已發現高吹塑壓力可削弱過程穩定性。基於以上等式(1)以數學方式描述在管壁中起作用之切向張力σT。描述吹塑壓力之效應之此等式的第一項取決於石英玻璃管之壁厚度WD。壁愈薄，則此項愈重要。此係藉由第4圖中之圖表展示。在縱座標上，針對將要產生之石英玻璃管的外徑D(m)來繪製切向張力σT(N/m2)。起始點為具有197mm外徑及7.5mm壁厚度之初始管。曲線A展示在吹塑壓力實質上用於管增大時，亦即，在旋轉速度接近於零時，切向張力隨著管之末端直徑而增加。曲線B展示在直徑僅僅藉由離心力，亦即，在90rpm旋轉速度下增大時，切向張力隨著末端管直徑而增加。比較而言，曲線C亦展示僅藉由離心力，但在25rpm之較低旋轉速度下之直徑增大。
顯然，在石英玻璃管之壁中起作用的切向張力強烈取決於形成過程中之吹塑壓力。其結果為，在起始圓筒中發現的壁厚度偏差在吹塑壓力之作用下在變形過程中加劇，因為較薄壁在此經受的切向張力比較厚壁高。比較而言，此加劇效應在僅用離心力之形成過程中較小，因為壁厚度在此對切向張力之增加沒有影響，而僅僅是增加的旋轉速度對切向張力之增加有影響，如藉由曲線B與曲線C之比較所示。
藉助於先前已知之形成過程，在不接受形成裂紋之情況下，超過40mm之直徑變化(D2-D1)在石英玻璃空心圓筒的形成中係不可能的。使用根據本發明之方法，可應對此類直徑變化而沒有任何問題；甚至在單個形成步驟中之120mm之直徑變化下，不存在拉製出的管束中之非均勻性或過程序列中之不穩定性。因此，在根據本發明之方法中，大的直徑變化在單個形成步驟中係較佳的，該直徑變化為70mm及更大，且甚至為100mm及更大。
因此，根據本發明達成之自上述類型之方法開始的上述技術目標亦在於：Vr,max小於20cm/min；以及實施軟化區域之徑向膨脹，以使得管具備比D1大至少70mm之外徑D2。
當觀察到小於20cm/min且較佳地小於10cm/min之徑向膨脹速率時，可達成形成過程中之高穩定性。因此有可能在單個形成步驟中設定70mm或更大 且較佳地超過100mm之直徑變化，以便僅有幾個形成步驟之特別經濟的形成過程在大的直徑變化之情況下亦有可能；理想地，僅單個形成步驟為所要求的。具體而言，因此有可能產生石英玻璃大管，該等大管具有超過500mm之外徑，具有可接受的能量消耗，且不具有明顯的拉製條痕及可容忍的偏斜。
一種過程變型為較佳的，其中在加熱區帶中，產生一溫度，該溫度至少沿變形區帶之次長度具有與沿相同次長度之切向張力之輪廓相反的路線。
此程序之其他較佳進展對應於上文已針對該程序描述並解釋的彼等進展，其中關係式Vr,max<2Va適用於位置相依性徑向膨脹速率的最大值Vr,max及饋送速率Va。
D‧‧‧直徑
D1‧‧‧外徑
D2‧‧‧外徑
WD‧‧‧厚度
X‧‧‧位置
Va‧‧‧饋送速率
Vr1‧‧‧向量
Vr2‧‧‧向量
2‧‧‧圓筒
3‧‧‧固持管
4‧‧‧卡盤
5‧‧‧車床
6‧‧‧旋轉軸
7‧‧‧內部鏜孔
8‧‧‧模具
9‧‧‧氣體入口
20‧‧‧加熱區帶
21‧‧‧托架
22‧‧‧玻璃管/管
23‧‧‧箭頭
25a‧‧‧燃燒器環/燃燒器列
25b‧‧‧燃燒器環/燃燒器列
26‧‧‧攝影機
27‧‧‧電腦
30‧‧‧變形區帶
現將參考實施例及專利圖式更詳細地解釋本發明。在圖式中，詳細展示了以下各者 第1圖 在側視圖及示意性表示中的用於將石英玻璃空心圓筒形成為石英玻璃管之設備的實施例，第2圖 在示意性表示中的第1圖之設備之區段，其具有額外構造細節，第3圖 用於解釋形成過程之參數的草圖，第4圖 用於解釋在形成過程期間吹塑壓力及離心力對管壁中之切向力的影響之圖表，以及 第5圖 用於解釋變形區帶之幾何形狀對功率密度輸入之相依性的圖表。
第1圖示意地展示用於將石英玻璃空心圓筒2形成為大管22之設備。形成過程包含若干形成步驟，其中將相應的初始空心圓筒連續形成為所需的大管22，大管22具有960mm外徑及7.5mm壁厚度。
固持管3熔接於將要形成之中空石英玻璃圓筒2的前側上。固持管3夾緊至水平玻璃車床5之卡盤4中；此等管圍繞旋轉軸6同步旋轉。燃燒器托架21(參見第2圖)自一個空心圓筒末端移至另一末端，且進而逐個區帶地並且在空心圓筒2之整個圓周上加熱石英玻璃空心圓筒2，該燃燒器托架21上分佈有若干燃燒器，該等燃燒器呈圍繞空心圓筒2之外圓周的環之形式。燃燒器托架21在第1圖中由點劃圓周線20象徵，點劃圓周線20例示出加熱區帶；第2圖示意地展示加熱區帶之細節。可在此經由氣體入口9用氣體沖洗空心圓筒2及大管22之內部鏜孔7，且可設定限定的內部壓力。受離心力及內部壓力的驅動，管外壁靠在與燃燒器托架21一起移動之石墨模具8上。
如方向箭頭23所示，沿初始空心圓筒2自左至右移動之燃燒器托架21根據第2圖所示細節可見。圍繞旋轉軸6平行地旋轉且用來加熱並軟化初始圓筒2之燃燒器環25a、25b一個接一個地安裝於燃燒器托架21 上。兩個燃燒器環25a、25b沿軸向(6)隔開50mm並且可獨立於彼此來調整其加熱輸出。燃燒器環25a、25b中之每一者由五個氣體燃燒器形成，該等氣體燃燒器圍繞圓筒之縱軸6均勻地分佈，其中，在圓周方向上觀察，燃燒器列25a、25b之各個燃燒器佈置成彼此偏移。
實例
由於燃燒器托架21以4cm/min之速度向前移動，在空心圓筒2以60rpm速度圍繞其縱軸6(縱軸6對應於旋轉軸)旋轉的同時，空心圓筒2在燃燒器環25a、25b之作用下連續加熱至約2,100℃之高溫。在後方燃燒器環25b中產生的加熱輸出比在前方燃燒器環25a中產生的加熱輸出小，從而導致在下文中將參考第5圖更詳細解釋的總加熱輸出密度。為了沿變形區帶達成盡可能恆定之徑向膨脹速率，加熱輸出曲線之軸向輪廓在此為決定性的(並不到絕對值之程度)。
可在此用氣體沖洗內部鏜孔7，且在此於內部鏜孔7中設定至多為約100mbar之經限定的且受控的內部壓力。在實施例中，施加15mbar之吹塑壓力。
經由燃燒器環25a、25b中之加熱來給予石英玻璃如此低的黏度，以致於石英玻璃僅在離心力及內部壓力之作用下且在不使用模塑工具的情況下變形成管22。因此，形成過程不使用任何工具。在支撐方面，外管壁靠在石墨模具8上。
對於壁厚度量測而言，攝影機26佈置於起始圓筒2之區域內及拉製出的石英玻璃管22之區域內。攝影機26連接至包括壁厚度控制之電腦27。在管束旋轉的同時，攝影機26能夠連續生成壁厚度輪廓，該輪廓在電腦27中進行評估，以便判定壁單側性(壁厚度之最大值減最小值)之量以及在外圓周上的最小壁厚度及最大壁厚度之圓周位置。
在形成過程中，不會自動發生額外的拉長。起始圓筒甚至常常被壓縮以使得膨脹的石英玻璃管22具有與空心圓筒2大約相同的壁厚度。在本實施例中，存在15%之壓縮，亦即，管22之橫截面積比空心圓筒2之橫截面積大15%。
基於以上等式(1)至(3)來判定徑向膨脹速率；該徑向膨脹速率經設定以使得即使其最大值亦低於8cm/min。對於石英玻璃之密度而言，使用值2200kg/m3，且對於石英玻璃之黏度η而言，存在以下等式：
以此方式獲得之石英玻璃管22可充當用於另一形成過程之初始空心圓筒。因此，原始空心圓筒2逐步增大成石英玻璃大管，其中每一形成步驟表示120mm之直徑增大。燃燒器環25a、25b之外徑及模塑工具8之作業距離在此適於形成步驟之相應外徑。
此方法以經濟的方式產生合成石英玻璃或具有天然存在的原材料之石英玻璃的大管，該大管具有整體而言高的尺寸穩定性。因此產生的石英玻璃大管的壁厚度變化小於每管長度公尺1mm。
第4圖之圖表用來解釋吹塑壓力對壁厚度變化之影響。在縱座標上，針對將要產生之石英玻璃管之外徑D(m)來繪製切向張力σ(N/m2)。自具有197mm外徑且具有7.5mm壁厚度之初始管開始。曲線A展示在吹塑壓力主要用於管增大的情況下，亦即，在旋轉速度接近於零的情況下，切向張力隨著管之末端直徑而增加。曲線B展示在直徑僅僅藉由離心力，亦即，在90rpm旋轉速度下增大時，切向張力隨著末端管直徑而增加。比較而言，曲線C亦展示僅藉由離心力，但在25rpm之較低旋轉速度下之直徑增大。
顯然，在石英玻璃管之壁中起作用的切向張力相當程度上取決於形成過程中之吹塑壓力。此具有以下效應：在起始圓筒中發現的壁厚度偏差在吹塑壓力之作用下在變形過程中加劇，因為較薄壁在此暴露於比較厚壁高的切向張力。比較而言，此加劇效應在僅用離心力之形成過程中被證實是較小的，因為壁厚度在此對切向張力之增加沒有影響，而僅僅是增加的旋轉速度對切向張力之增加有影響，如藉由曲線B與曲線C之比較所示。
第5圖展示用於解釋變形區帶之區域內之溫度對變形區帶之幾何設計的影響之圖表。在左側縱座標上，針對以(mm)為單位之縱軸位置x以及右側縱座標上以(W/m)為單位之功率密度L來繪製「肩部」之以(m)為單位之半徑R。
該圖表藉由比較來展示兩對曲線。在曲線對L1/R1中，基於功率密度L1之先前通常分佈來判定肩部之半徑路線R1。曲線對L2/R2展示根據本發明之功率密度L2之分佈的調適對肩部之半徑路線R2的影響。
在此必須注意，功率輸入之輪廓不等同於溫度輪廓，因為玻璃中之熱量進一步被傳遞且可以說是被累積。因此，功率輸入總是大致在肩部之轉彎點，亦即肩部之最陡點上結束。當調適了相關聯的溫度輪廓時，獲得所例示之功率輪廓L2，以使得變形區帶內之徑向變形速率大致恆定。此調適導致功率密度之較寬分佈。
曲線對L2/R2中之調適指代軸向溫度分佈，且旨在以某種方式補償沿變形區帶(30)變化之切向張力，以使得沿整個變形區帶(30)獲得盡可能恆定的徑向膨脹速率；在任何速率下，該徑向膨脹速率不超過上述最大值8cm/min。
基於以上指出之等式(4)實施對應的軸向溫度輪廓之計算。因此確保在沿變形區帶之軸向位置處的溫度輪廓具有最小值，切向張力之輪廓在該軸向位置處具有最大值。
此外，已發現，儘管具有低得多的最大值(與L1處之約260.00W/m相比，為約230.00W/m)，但功率密度L2之相對較廣的分佈實現了在R2處之大得多的末端半徑(與R1處之約0.125m相比，為約0.160m)。亦可見，R2之肩部輪廓內的斜率在長距離上大致恆定，且儘管具有較大的末端半徑，但最大斜率與R1之最大斜率幾乎沒有差異。肩部之恆定斜率為穩定的形成過程之標誌。
比較實例
在另一形成過程中，根據以上解釋之實施例來設定旋轉速度、加熱溫度及溫度輪廓，但燃燒器托架21之饋送速率Va減少至約3cm/min之速率。
歸因於減少的饋送速率，在變形區帶20中獲得相對較高的徑向膨脹速率Vr。基於等式(1)至(3)獲得高於約6cm/min之最大值Vr,max。
原始空心圓筒2逐步膨脹成石英玻璃大管，其中每一形成步驟表示120mm之直徑增大。因此產生的石英玻璃大管的壁厚度變化大於每管長度公尺1mm，且對其中對尺寸穩定性具有高要求之應用係不適當的。

Claims (11)

  1. 一種用於藉由自玻璃形成具有一外徑D1之一空心圓筒(2)來產生一玻璃管(22)的方法，該方法在於：在該圓筒圍繞一旋轉軸(6)旋轉的同時，使該圓筒部分地在一加熱區帶(20)中軟化，該加熱區帶(20)以一相對饋送速率Va移動，且該軟化部分在一離心力及/或施加於空心圓筒鏜孔(7)中的一內部超壓力之作用下徑向膨脹，以便形成一變形區帶(30)，且該管(22)係以一外徑D2連續成形，該外徑D2大於D1，其特徵在於，以一位置相依性徑向膨脹速率Vr實施該軟化部分之徑向膨脹，該徑向膨脹速率Vr之沿該變形區帶之輪廓具有一最大值Vr,max，該最大值Vr,max小於該饋送速率Va的2倍。
  2. 如請求項1所述之方法，其特徵在於，該徑向膨脹速率之該最大值Vr,max小於該饋送速率Va的1.5倍。
  3. 如請求項1所述之方法，其特徵在於，在該加熱區帶(20)中，產生一溫度輪廓，該溫度輪廓至少沿該變形區帶(30)之一次長度具有與沿該相同次長度的切向張力之一輪廓相反的一路線。
  4. 如請求項1所述之方法，其特徵在於，該變形區帶(30)之末端處之溫度低於該變形區帶之起始 處之溫度。
  5. 如請求項3所述之方法，其特徵在於，該加熱區帶(20)具有指派給該變形區帶(30)之該起始處的一前方加熱部分及指派給該變形區帶(30)之該末端的一後方加熱部分，其中藉助於該前方加熱部分在該變形區帶(30)之表面上產生的溫度比藉助於該後方加熱部分在該變形區帶(30)之表面上產生的溫度高。
  6. 如請求項1所述之方法，其特徵在於，該形成過程包括至少一個壓縮階段，在該至少一個壓縮階段期間，該空心圓筒(2)移至該加熱區帶(20)中時的一速度與將該管(22)自該加熱區帶(20)移除時的一速度的比率小於1。
  7. 如請求項1所述之方法，其特徵在於，最大徑向膨脹速率Vr,max小於20cm/min。
  8. 如請求項1所述之方法，其特徵在於，該內部超壓力經設定為小於20mbar。
  9. 如請求項1~8中任一項所述之方法，其特徵在於，該管(22)係以一外徑D2產生，該外徑D2比D1大至少40mm。
  10. 一種用於藉由自玻璃形成具有一外徑D1之一空心圓筒(2)來產生一玻璃管(22)的方法，該方 法在於：在該圓筒圍繞一旋轉軸(6)旋轉的同時，使該圓筒部分地在一加熱區帶(20)中軟化，該加熱區帶(20)以一相對饋送速率Va移動，且該軟化部分在一離心力及/或施加於空心圓筒鏜孔(7)中的一內部超壓力之作用下徑向膨脹，以便形成一變形區帶(30)，且該管(22)係以一外徑D2連續成形，該外徑D2大於D1，其中以一位置相依性徑向膨脹速率Vr實施該軟化部分之徑向膨脹，該徑向膨脹速率Vr之沿該變形區帶(30)的輪廓具有一最大值Vr,max，其特徵在於，Vr,max小於20cm/min，並且該軟化部分之徑向膨脹使得該管(22)係以一外徑D2產生，該外徑D2比D1大至少70mm。
  11. 如請求項10所述之方法，其特徵在於，該管(22)係以一外徑D2產生，該外徑D2比D1大至少100mm。
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