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Dokumentenidentifikation DE102006024566A1 23.08.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Glasrohrs, Glasrohr und dessen Verwendung
Anmelder SCHOTT AG, 55122 Mainz, DE
Erfinder Büllesfeld, Frank, Dr., 60314 Frankfurt, DE;
Rehm, Veronika, 55126 Mainz, DE;
Schäfer, Ernst- Walter, 55576 Welgesheim, DE
Vertreter Patentanwälte Kewitz & Kollegen Partnerschaft, 60325 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 23.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006024566
Offenlegungstag 23.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.2007
IPC-Hauptklasse C03B 23/047(2006.01)A, F, I, 20060523, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C03B 23/13(2006.01)A, L, I, 20060523, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Glasrohrs durch Wiederziehen werden eine Mehrzahl von Ausgangsglasrohren koaxial ineinander gesteckt und die Ausgangsglasrohre gemeinsam in einer Heißzone zumindest abschnittsweise erwärmt, so dass diese verformbar sind. Sämtliche Ausgangsglasrohre werden in der Heißzone in einem gemeinsamen Wiederziehschritt miteinander verbunden, um das Glasrohr auszubilden.
Dadurch können aus handelsüblichen Preformen mit vergleichsweise geringer Wandstärke Glasrohre mit großen Wandstärken hergestellt werden. Aus einem solchen Glasrohr lassen sich durch Wiederziehen Glasrohre mit sehr unterschiedlichen Abmessungen herstellen. Das Verfahren eignet sich insbesondere für die flexible Herstellung von kleinen Chargen von Glasrohren.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Glasröhrchen durch ein Wiederziehverfahren und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, womit sich Glasröhrchen mit sehr unterschiedlichen Durchmessern ohne größeren Umrüstaufwand herstellen lassen, insbesondere auch zur Herstellung kleinerer Chargen.

Hintergrund der Erfindung

Glasrohre werden im Allgemeinen über Ziehverfahren aus einer Glasschmelze hergestellt. Aus dem Stand der Technik bekannt sind das so genannte Danner-Verfahren, das Vello-Verfahren oder das so genannte A-Zug-Verfahren. Diese Verfahren erfordern einen hohen Aufwand und vergleichsweise hohe Investitionskosten und sind somit nur für große Stückzahlen geeignet. Insbesondere ist es mit diesen Verfahren nicht möglich, ohne größeren Umrüstaufwand Glasrohre mit sehr unterschiedlichen Durchmessern und Wanddicke-zu-Außendurchmesser-Verhältnissen herzustellen.

Zur Herstellung von kleineren Chargen von Glasrohren lassen sich auch Wiederziehverfahren einsetzen. Beim Wiederziehen wird ein Mutterrohr (auch Preform genannt) abschnittsweise bis zur Erweichung erhitzt. Der erweichte Rohrabschnitt wird nun mit einer definierten Geschwindigkeit abgezogen und das Mutterrohr mit einer im Allgemeinen langsameren Geschwindigkeit nachgeführt. Dabei kommt es zu einer Verjüngung des Glasrohrs, wobei Außendurchmesser und Wandstärke des Endrohrs durch Parameter des Wiederziehverfahrens, wie beispielsweise Zugkraft, Geschwindigkeit des Nachführens und Abziehens etc, sehr variabel eingestellt werden können. Das so entstehende Endrohr hat im Allgemeinen eine kleinere Abmessung als das Mutterohr, bei gleichem Wanddicke-zu-Durchmesser-Verhältnis.

Durch Anlegen eines Innendrucks an den Innenraum des Mutterohrs ist es auch möglich, das Verhältnis von Wandstärke-zu-Durchmesser zu verkleinern. Dadurch können Glasrohre durch Wiederziehen noch variabler hergestellt werden. Dazu ist jedoch eine Preform mit einer ausreichenden Wandstärke erforderlich.

Für einige Glassorten liegen solche Preformen jedoch nicht vor, beispielsweise deshalb, weil diese für Standardanwendungen nicht nachgefragt werden und somit im Handel nicht verfügbar sind. Deshalb muss bei einem solchen Wiederziehverfahren die Preform durch eine Preform mit anderen Abmessungen, insbesondere anderer Wandstärke, ersetzt werden, wenn ein Glasrohr mit erheblich abweichenden Abmessungen gezogen werden soll. Für gewisse Spezialgläser gibt es jedoch überhaupt keine Preformen mit Abmessungen, die für ein Wiederziehverfahren geeignet sind.

Aus dem Stand der Technik bekannt sind Verfahren zur Herstellung von Lichtleitfasern, bei denen ein Kernstab in ein Hüllrohr gesteckt und diese Anordnung zu einer Faser verzogen wird (s.g. Stab-in-Rohr-Verfahren). Ein solches Verfahren wird beispielsweise in der DE 102 11 247 A1 der Anmelderin offenbart.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasröhrchen durch Wiederziehen variabler zu gestalten, so dass sich ohne Wechsel der Preform Glasröhrchen mit stark voneinander abweichenden Abmessungen herstellen lassen.

Diese und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche. Weitere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung betreffen ferner ein Glasrohr, das nach vorgenanntem Verfahren hergestellt ist, sowie die Verwendung eines solchen Glasrohrs.

Bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Mehrzahl von Ausgangsglasrohren koaxial ineinander gesteckt und in einer Heißzone gemeinsam zumindest abschnittsweise erwärmt, so dass die Ausgangsglasrohre verformbar sind, wobei sämtliche Ausgangsglasrohre gemeinsam in einem Wiederziehschritt miteinander verbunden werden, um das Glasrohr auszubilden.

Das Glasrohr weist somit eine von Einschlüssen und Hohlräumen im Wesentlichen freie umlaufende Wandung auf und unterscheidet sich somit grundsätzlich nicht von mit anderen Ziehverfahren hergestellten Glasrohren. Die Wandung ist somit, abgesehen von den Verbindungsbereichen der einzelnen Ausgangsglasrohre, vergleichsweise homogen, so dass sich das Glasrohr durch eine für übliche technische Anwendungen ausreichende Qualität auszeichnet. Durch das Erwärmen werden die Ausgangsglasrohre so aufbereitet, dass sämtliche Ausgangsglasrohre stoffschlüssig miteinander verbunden werden unter Ausbildung einer gemeinsamen Glasrohrwandung. Hierzu erfolgt eine Erwärmung über TG, also auf Temperaturen, bei denen sich im Glas innerlich keine Spannung aufbauen kann und die Atome verschiebbar sind. Die Erwärmung kann bis zur vollständigen Erweichung der Ausgangsglasrohre betrieben werden, in welchem Fall die Ausgangsglasrohre zu dem Endglasrohr miteinander verschmelzen. Durch das Wiederziehen kommt es zu einer gewissen Verjüngung sämtlicher Ausgangsglasrohre, die ausreichend ist, sodass sich sämtliche Ausgangsglasrohre ohne Ausbildung von Einschlüssen oder Hohlräumen gemeinsam zu dem Endglasrohr verbinden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich mit Hilfe von im Handel erhältlichen Glasrohren vergleichsweise geringer Wandstärke Glasrohre mit größeren Wanddicken herstellen. Durch Ineinanderstecken einer vergleichsweise großen Anzahl von Ausgangsglasrohren, insbesondere von drei oder mehr Ausgangsglasrohren, lassen sich insbesondere Glasrohre mit großen Wanddicken herstellen. Dies erhöht die Flexibilität beim nachfolgenden Wiederziehen, da eine dickwandigere Preform erfindungsgemäß eine höhere Variabilität bei der Ausbildung von Endglasrohren mit unterschiedlichen Geometrien ermöglicht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden sämtliche Ausgangsglasrohre zumindest zu Beginn des Wiederziehens gemeinsam so gehalten, dass die Ausgangsglasrohre relativ zueinander axial nicht verschiebbar sind. Zu diesem Zweck können die Ausgangsglasrohre insbesondere gemeinsam geklemmt werden. Die Klemmung kann dabei an einem freien Ende der Anordnung von Ausgangsglasrohren oder an zwei entgegen gesetzten Enden der Anordnung von Ausgangsglasrohren erfolgen. Zum Wiederziehen wird die Anordnung von Ausgangsglasrohren in einem Bereich, der beabstandet zu dem jeweiligen Klemmbereich ist, erwärmt und eine Zugkraft aufgebracht, um das Endglasrohr durch Wiederziehen auszubilden.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden die Ausgangsglasrohre mit einem Haft- oder Klebemittel versehen, so dass diese alternativ oder ergänzend zur vorgenannten Klemmung vorübergehend gegen ein Verrutschen der koaxial ineinander gesteckten Ausgangsglasrohre relativ zueinander gesichert sind.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann auf einen Innenraum der Anordnung von Ausgangsglasrohren ein Überdruck einwirken, um die Ausgangsglasrohre noch wirksamer miteinander zu verpressen. Insgesamt steht mit dem Überdruck ein weiterer Paramenter zur Verfügung, der einen Einfluss auf die erzielbare Wanddicke des Endglasrohrs hat.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann ergänzend oder alternativ auch an den Spalt oder an mehrere Spalte, der bzw. die zwischen den Ausgangsglasrohren ausgebildet ist bzw. sind, angelegt werden, um die Ausbildung von Einschlüssen oder Hohlräumen in der Wandung des Endglasrohrs zu verhindern. Durch den Unterdruck werden die in der Heißzone erweichten Ausgangsglasrohre aneinander gesaugt, um deren Verbindung zu dem Endglasrohr zu unterstützen.

Mit dem erfindungsgemäßen Wiederziehverfahren können grundsätzlich Endglasrohre mit beliebigen Profilen und Geometrien hergestellt werden. Insbesondere lassen sich auch Endglasrohre mit einem anderen Profil als einem kreisrunden Profil ausbilden. Zu diesem Zweck kann das Endglasrohr, der Heißzone nachgeordnet, zu einem vorbestimmten Endprofil weiter umgeformt werden, beispielsweise mit Hilfe eines der Heißzone nachgeordneten Walzenpaars.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zur Herstellung eines Glasrohres durch Wiederziehen bereitgestellt, mit: zumindest einem Haltemittel, das ausgelegt ist, um eine Mehrzahl von koaxial ineinander gesteckten Ausgangsglasrohren gemeinsam zu halten und deren Lage relativ zueinander vorübergehend zu sichern; einer Heißzone, um die gemeinsam gehaltenen Ausgangsglasrohre zumindest abschnittsweise zu erwärmen, so dass diese verformbar sind; und einer Zieheinrichtung, die ausgebildet ist, um sämtliche Ausgangsglasrohre in einem gemeinsamen Wiederziehschritt miteinander zu dem Glasrohr zu verbinden.

Figurenübersicht

Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:

1 in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;

2 in einem vergrößerten Querschnitt eine Halteeinrichtung der Vorrichtung gemäß der 1;

3 in einem weiter vergrößerten Teilschnitt eine Klemmhalterung der Vorrichtung gemäß der 2; und

4 einen Querschnitt durch eine Mehrzahl von koaxial ineinander gesteckten Ausgangsglasrohren.

In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Elementsgruppen.

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen

Gemäß der 1 umfasst die insgesamt mit 1 bezeichnete Ziehvorrichtung eine Klemmhalterung 2, um eine Mehrzahl von koaxial ineinander gesteckten Glasrohren geklemmt zu halten. Die Klemmhalterung 2 ist in einer verfahrbaren Halterung 4aufgenommen, die eine axiale Verschiebung der Glasrohranordnung 6 ermöglicht. Axial beabstandet zur Klemmhalterung 2 umgibt eine Heißzone 8 die Glasrohranordnung 6 symmetrisch. Die Heißzone 8 wird von einer üblichen Heizmuffel 9 mit darin vorgesehenen Heizeinrichtungen 10, beispielsweise Flammenheizern oder Heizwiderständen, ausgebildet. Die Glasrohre werden mit Hilfe eines Walzenpaars 11 abgezogen. Dadurch verjüngt sich die Glasrohranordnung 6 im Bereich der Heißzone 8. Die Ausgangsglasrohre verschmelzen miteinander zu einem Endglasrohr 12, das mittels des Walzenpaares 11 in der dargestellten Pfeilrichtung abgezogen wird.

Die 4 zeigt die Anordnung 6 der koaxial ineinander gesteckten Ausgangsglasrohre in einem vergrößerten Querschnitt. Die Glasrohranordnung 6 umfasst ein innerstes Ausgangsglasrohr 5a und ein koaxial dazu verlaufendes äußerstes Ausgangsglasrohr 5b, zwischen denen drei weitere Ausgangsglasrohre 5c angeordnet sind. Wie in der 4 gezeigt, ist zwischen den Ausgangsglasrohren jeweils ein vergleichsweise schmaler Spalt ausgebildet, der ein Ineinanderstecken der Ausgangsglasrohre ermöglicht, da diese stets gewisse Toleranzen aufweisen. Grundsätzlich ist die Breite der Ringspalte jedoch möglichst gering zu halten. Bei typischen Längen der Ausgangsglasrohre von etwa 1 m bis etwa 1,5 m liegen typische Spaltbreiten im Bereich von etwa 0,1 bis 1 mm, besonders bevorzugt im Bereich 0,3 bis 0,8 mm.

Damit die Mehrzahl von Ausgangsglasrohren in der Heißzone ohne Ausbildung von Einschlüssen oder Hohlräumen zu einem homogenen Endglasrohr verschmelzen, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der 1 an den Innenraum 15 der Glasrohranordnung 6 ein Überdruck angelegt und/oder an die Zwischenräume zwischen den Ausgangsglasrohren ein Unterdruck angelegt. Der Unterdruck verhindert insbesondere Gasblasen in der Wandung des Endglasrohrs, der Überdruck presst das innerste Glasrohr gegen die weiter außen befindlichen Glasrohre.

Die 2 zeigt die Vorrichtung gemäß der 1 in einem vergrößerten Teilschnitt. Die Vorrichtung umfasst eine Klemmhalterung 2, die in einer axial verfahrbaren Halterung 4 aufgenommen ist. Die Klemmhalterung 2 klemmt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Ausgangsglasrohre, nämlich das innerste Ausgangsglasrohr 5a und das äußerste Ausgangsglasrohr 5b. Nachfolgend wird anhand der 3 zunächst die Klemmhalterung 2 ausführlicher beschrieben.

Gemäß der 3 umfasst die Klemmhalterung 2 einen äußeren Klemmring 20 und einen koaxial dazu angeordneten inneren Klemmring 21, zwischen denen das innerste Glasrohr 5a und das äußerste Glasrohr 5b bzw. allgemeiner die Mehrzahl von koaxial ineinander gesteckten Ausgangsglasrohren aufgenommen sind. Am oberen und unteren Ende der Klemmringe 20, 21 sind keilförmige Nuten ausgebildet, in denen elastische Dichtmittel, insbesondere O-Ringe, 24, 25, 29, 30 aufgenommen sind. Im entspannten Zustand der O-Ringe können die ineinander gesteckten Ausgangsglasrohre relativ zu der Klemmhalterung 2 verschoben werden. Eine Klemmung der Ausgangsglasrohre wird durch Quetschen der O-Ringe 24, 25, 29, 30 bewirkt. Zu diesem Zweck sind äußere Klemmringe 22, 27 zum Quetschen der O-Ringe 24 und 29 sowie innere Pressringe 23, 28 zum Quetschen der O-Ringe 25, 30 vorgesehen. Durch axiale Druckbeaufschlagung der Pressringe 22, 23, 27, 28 werden die O-Ringe 24, 29, 25, 30 gegen das innerste Ausgangsglasrohr 5a bzw. das äußerste Ausgangsglasrohr 5b gedrückt, so dass diese gemeinsam geklemmt gehalten werden und diese gegen eine axiale Verschiebung relativ zueinander gesichert sind. Weitere Ausgangsglasrohre können durch Aufbringen eines Haft- oder Klebemittels gegen ein axiales Verrutschen relativ zueinander gesichert werden. Die so ausgebildete Klemmhalterung 2 ist gemäß der 4 in einer verfahrbaren Halterung 4 aufgenommen, wie nachfolgend anhand der 2 ausführlicher beschreiben.

Gemäß der 2 weist die insgesamt zylindrische verfahrbare Halterung 4 an ihrem unteren Ende eine Aufnahmehülse 40 auf, in welcher die Klemmhalterung 2 aufgenommen ist. Genauer gesagt ist die Aufnahmehülse 40 gestuft ausgebildet, so dass der obere Pressring 22 der Klemmhalterung 2 an ein in der Aufnahmehülse 40 ausgebildeten Stufe anliegt und so axial mit Druck beaufschlagt wird, um den äußeren O-Ring 24 zu quetschen. Oberhalb der Klemmhalterung 2 ist in der Aufnahmehülse 40 eine zylindrische Aufnahme 41 ausgebildet. Oberhalb der Aufnahmehülse 40 schließt sich ein verengter Verbindungshals 42 an, welcher einer Verbindung mit einer Verstelleinrichtung dient, beispielsweise der Ankopplung an einen Verstellmotor. Oberhalb des Verbindungshalses 42 weist die Halterung einen scheibenförmigen Flansch 43 mit einem darauf ausgebildeten axialen Vorsprung 44 auf, welcher zur Abstützung eines O-Rings 51 dient. Der O-Ring 51 wird von einer Pressscheibe 48 gequetscht, die mittels nicht dargestellter Schrauben, welche die Gewindebohrungen 49 durchgreifen und in die Gewindebohrung 50 eingreifen, mit dem Flansch 43 verbunden ist. Dadurch können die zylindrische Innenbohrung 45 und die zylindrische Aufnahme 41 der Halterung 4 druckdicht gegen die Umgebungsatmosphäre abgedichtet werden, so dass über den Unterdruckanschluss 13 an die Aufnahme 4l und die Innenbohrung 45 ein Unterdruck angelegt werden kann.

Gemäß der 2 ist auf das untere freie Ende der Aufnahmehülse 40 eine Überwurfmutter 57 aufgeschraubt. Dadurch können die äußeren Pressringe 22, 27 axial gegen den äußeren Klemmring 20 gedrückt werden, um die äußeren O-Ringe 24, 29 zu quetschen.

Gemäß der 2 ist die zylindrische Pressscheibe 48 mit einem Rohr 46 versehen, das zumindest abschnittsweise ein Außengewinde trägt und durch die axiale Innenbohrung 45 in den Innenraum 15 der koaxial ineinander gesteckten Ausgangsglasrohre hineinragt. Etwa im mittleren Bereich des Rohrs 46 ist eine obere Pressmutter 54 aufgeschraubt, die über eine Aufsteckhülse 53 auf den oberen inneren Pressring 23 der Klemmhalterung 2 drückt, um den inneren O-Ring 25 zu quetschen. Gemäß der 2 ist auf das untere Ende der Hülse 46 eine Kontermutter 55 aufgeschraubt, die den unteren inneren Pressring 28 gegen den inneren Klemmring 21 drückt, um den inneren O-Ring 30 zu quetschen.

Eine Bohrung 14 in der zylindrischen Pressscheibe 48 verbindet die axiale Bohrung 47 der Hülse 46 mit einer Überdruck-Erzeugungseinrichtung, beispielsweise einer Druckluftquelle, um den Innenraum 15 der koaxial ineinander gesteckten Ausgangsglasrohre mit einem geeigneten Überdruck zu beaufschlagen.

Damit sich die Ausgangsglasrohre gut miteinander verbinden, ist auf eine exakte Justierung der Vorrichtung und der Ausgangsglasrohre zu achten, so dass diese koaxial zur Längsachse 7 angeordnet sind. Diesem Zweck dient eine Dreipunktlagerung der Pressscheibe 48 auf dem Ringflansch 43 der Halterung 4. In dem Flansch 43 sind unter Winkelabständen von 120° zueinander drei Gewindebohrungen 50 vorgesehen, während in der Pressschreibe 48 unter Winkelabständen von 60° zueinander sechs Gewindebohrungen 49 ausgebildet sind. Zum Quetschen des O-Rings 51 werden drei Befestigungsschrauben (nicht gezeigt) unter einem Winkelabstand von 120° in die Gewindebohrungen 49, 50 geschraubt. In die verbleibenden drei Gewindebohrungen 49 der Pressscheibe 48 werden drei weitere Schrauben eingeschraubt, die sich auf dem Flansch 43 abstützen. Dadurch wird die vorgenannte Dreipunktlagerung der Pressschreibe 48 in Bezug zu dem Flansch 43 ausgebildet. Diese Dreipunklagerung kann durch Verstellen der Schrauben eingestellt werden. Dies führt zu einer Verkippung der Hülse 46 und der koaxial ineinander gesteckten Ausgangsglasrohre in Bezug zu der Längsachse 7.

Zur Herstellung eines Glasrohres wird wie folgt vorgegangen: Zunächst werden mehrere dünnwandige Glasrohre koaxial ineinander gesetzt, wie schematisch in der 4 gezeigt. Diese werden so angeordnet, dass sie eine gemeinsame Mittelachse aufweisen und sind von den Innen- und Außendurchmessern so gewählt, dass ein möglichst kleiner Zwischenraum entsteht. Diese Anordnung kann über ein geeignetes Klebe- oder Haftmittel zusätzlich fixiert werden. Diese Preformanordnung wird zunächst in die Klemmhalterung 2 gemäß der 3 und anschließend in die Halterung gemäß der 2 eingespannt. Über eine Vakuumpumpe und den Einlass 13 kann zwischen den Rohrwandungen während des Wiederziehens ein Unterdruck erzeugt werden. Der Unterdruck stellt auch sicher, dass das innerste Ausgangsglasrohr mit einem definierten Innendruck beaufschlagt werden kann.

Durch Festziehen der Überwurfmutter werden die O-Ringe nicht nur in eine geeignete Dichtungsanpressung gebracht, sondern so stark gepresst, dass die Ausgangsglasrohre auch mit großen Kräften nicht mehr aus der Halterung entfernt werden können. Durch die Verwendung der Halterung können die Preformen erhalten werden, ohne dass diese mechanisch bearbeitet oder mit einem Haltestück verschmolzen werden müssen.

Die Preformanordnung wird mit Hilfe der verfahrbaren Halterung gemäß der 1 in die Heizmuffel 9 eingefahren und am unteren Ende erweicht. Das erweichte Glas wird mittels des Walzenpaars 11 abgezogen. Nach einer Startphase wird zwischen die Wandungen der Ausgangsglasrohre ein Unterdruck von vorzugsweise –1 bar bis 0 bar, bevorzugter zwischen etwa –0,3 bar und –0,1 bar angelegt, so dass die Wandungen beim Wiederziehen verschmelzen, wie in der 1 schematisch im Verjüngungsbereich angedeutet. Über den Anschluss 14 und die axiale Innenbohrung 47 der Hülse 46 kann der Innenraum 15 der Preformanordnung mit einem Überdruck beaufschlagt werden. Der Innendruck im innersten Rohr wird dabei so eingestellt, dass das gewünschte Verhältnis von Wanddicke zu Außendurchmesser des Endglasrohrs eingestellt wird. Über Wahl der Geschwindigkeiten von Preform und Endglasrohr lässt sich der Durchmesser festlegen. Die koaxial angeordneten Preformrohre verschmelzen beim Eintritt in die Heizmuffel 9 miteinander. Dabei verschmelzen zunächst die beiden äußeren Ausgangsglasrohre und dann nacheinander die weiteren inneren Ausgangsglasrohre, bis diese schließlich vollständig zu einem vergleichsweise homogenen Endglasrohr verbunden sind, dessen Wandung weitestgehend frei von Einschlüssen oder Hohlräumen ist. Weitere Parameter, welche die Geometrie des Endglasrohrs beeinflussen, sind die Geschwindigkeit des Zuführens der Preformanordnung zu der Heizmuffel sowie die Abziehgeschwindigkeit des Endglasrohrs.

Damit sich die Ausgangsglasrohre besser miteinander verbinden, kann eine Oberflächenbehandlung vorgenommen werden. Diese kann in einer geeigneten Vorreinigung der Ausgangsglasrohre vor dem Ineinanderstecken bestehen. Die Oberflächenbehandlung kann insbesondere auch durch Aktivieren von chemischen Prozessen, nasschemischer Prozesse, durch Auslaugen der Rohroberflächen oder durch Anreichern der Rohroberflächen mit Ionen vorgenommen werden. Eine solche Oberflächenbehandlung kann vor oder während des Einspannens der Ausgangsglasrohre in die Halterung vorgenommen werden.

Selbstverständlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Ausgangsglasrohre von unterschiedlichen Glastypen miteinander verbunden werden. Dadurch können beispielsweise gezielt Verspannungen in das Endglasrohr eingebracht werden, um dessen Stabilität weiter zu erhöhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Herstellen von kleineren Chargen von Glasrohren. Da die aus mehreren Glasrohren bestehende Preform eine vergleichsweise große Wanddicke aufweist, können erfindungsgemäß auch ohne Preformwechsel Endglasrohre mit stark unterschiedlichen Endgeometrien durch Wiederziehen hergestellt werden. Dies eignet sich insbesondere zur raschen Herstellung von kleinen Musterchargen. Da die Parameter des erfindungsgemäßen Wiederziehverfahrens präzise gesteuert oder geregelt werden können, können auch kleine Chargen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit engen Toleranzen hergestellt werden.

Ausführungsbeispiel

5 Röhren aus Schott AR Glas mit Abmessungen (nachfolgend Außendurchmesser abgekürzt als AD und Wanddicke abgekürzt als WD) von

AD = 40 mm;

WD = 1,5 mm;

AD = 36 mm;

WD = 1,5 mm;

AD = 32 mm;

WD = 1,5 mm;

AD = 28 mm;

WD = 1,5 mm;

AD = 24 mm;

WD = 1,5 mm

nach koaxial ineinander gesteckt und mit einem Kleber fixiert. Diese Anordnung wird in eine Wiederziehanlage eingespannt. Das dem Halter abgewandte Rohrende wird auf ca. 7l5° C erwärmt. Nach dem Anziehen wird ein Unterdruck von etwa 0,5 bar zwischen den Rohrwandungen angelegt, der Innendruck wird auf 2.600 Pa eingestellt. Die Preformanordnung wird mit einer Geschwindigkeit von 11 mm/Min auf die Heizmuffel zubewegt. Der Abzug des Endglasrohrs wird mittels Durchmesserregelung auf einen Durchmesser von 1,77 mm eingestellt. Die Wanddicke des Endglasrohrs betrug etwa 0,28 mm. Aus Preformen mit einer Ausgangslänge von 1 m oder 1,5 m konnten so insgesamt 690 m Glasröhrchen gezogen werden.

Wenngleich die Preformen ohne Ausbildung von Einschlüssen oder Hohlräumen gut miteinander verschmelzen, können die einzelnen Preformen in der Rohrwandung des Endglasrohrs durch geeignete Nachweistechniken eindeutig identifiziert werden. Beispielsweise kann von einem Endglasrohr eine Querschnittsprobe genommen werden und diese ausgeleuchtet werden. Dabei beobachtet man eine Mehrzahl von ringförmigen Schlieren, die auf die Verbindungsbereiche der einzelnen Preformen zurückgehen. Genauer gesagt, können mehrere ringförmige, koaxiale Schlieren beobachtet werden, deren Anzahl sich aus der Anzahl von Preformen ableitet. Die vorgenannten Verbindungsbereiche führen auch zu weiteren Inhomogenitäten, die sich insbesondere durch optische Prüfverfahren nachweisen lassen. Insgesamt stellen die Verbindungsbereiche ringförmige Inhomogenitätsbereiche dar, mit Materialeigenschaften, die von den Eigenschaften der in Radialrichtung benachbarten Abschnitte abweichen, beispielsweise bezüglich des Brechungsindexes, des Materialgefüges, der Transmissionseigenschaften etc. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Glasrohr kann somit durch Nachweis eines oder mehrerer solcher ringförmiger Inhomogenitätsbereiche eindeutig identifiziert werden.

Eine bevorzugte Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Glasröhrchen betrifft die Einkapselung von elektronischen Bauelementen, beispielsweise von Reed-Schaltern oder Magnetschaltern.

1
Ziehvorrichtung
2
Klemmhalterung
4
verfahrbare Halterung
5a
innerstes Ausgangsglasrohr
5b
äußerstes Ausgangsglasrohr
5c
Ausgangsglasrohr
6
Glasrohranordnung
7
Längsachse
8
Heißzone
9
Heizmuffel
10
Heizeinrichtung
11
Walzenpaar
12
Endglasrohr
13
Unterdruckanschluss
14
Überdruckanschluss
15
Glasrohrinnenraum
16
Spalt
20
äußerer Klemmring
21
innerer Klemmring
22
oberer Pressring außen
23
oberer Pressring innen
24
O-Ring außen
25
O-Ring innen
27
unterer Pressring außen
28
unterer Pressring innen
29
O-Ring außen
30
O-Ring innen
40
Aufnahmehülse
41
Aufnahme
42
Verbindungshals
43
Flansch
44
Vorsprung
45
Innenbohrung
46
Rohr mit Außengewinde
47
axiale Innenbohrung
48
Justiereinrichtung/Mutter
49
Gewindebohrung
50
Gewindebohrung
51
O-Ring
53
Hülse
54
Pressmutter
55
Kontermutter
57
Überwurfmutter


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Glasrohrs (12) durch Wiederziehen, bei welchem Verfahren:

eine Mehrzahl von Ausgangsglasrohren (5a5c) koaxial ineinander gesteckt werden; die Ausgangsglasrohre gemeinsam in einer Heißzone (8) zumindest abschnittsweise erwärmt werden, so dass diese verformbar sind; und

sämtliche Ausgangsglasrohre (5a5c) in einem gemeinsamen Wiederziehschritt miteinander verbunden werden, um das Glasrohr (12) auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die Ausgangsglasrohre beim Wiederziehen gemeinsam verjüngen und unter Ausbildung des Glasrohrs (12) mit einer gemeinsamen Wandung miteinander verbunden werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ausgangsglasrohre ein- oder zweiseitig gemeinsam geklemmt werden und eine Zugkraft zum Wiederziehen der Ausgangsglasrohre beabstandet zum jeweiligen Klemmbereich aufgebracht wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ausgangsglasrohre mit einem Haft- oder Klebemittel temporär miteinander verbunden werden, um ein Verrutschen der koaxial ineinander gesteckten Ausgangsglasrohre relativ zueinander zu verhindern. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beim Wiederziehen ein Überdruck einwirkt, um die Ausgangsglasrohre miteinander zu verpressen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beim Wiederziehen ein Unterdruck auf einen oder mehrere zwischen den Ausgangsglasrohren (5a5c) ausgebildeten Spalt(e) (16) einwirken, um die Ausbildung von Einschlüssen oder Hohlräumen in der Wandung des Glasrohrs (12) zu verhindern. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Glasrohr (12), der Heißzone (8) nachgeordnet, zu einem vorbestimmten Endprofil umgeformt wird. Vorrichtung zur Herstellung eines Glasrohrs (12) durch Wiederziehen, mit:

zumindest einem Haltemittel (2), das ausgelegt ist, um eine Mehrzahl von koaxial ineinander gesteckten Ausgangsglasrohren (5a5c) gemeinsam zu halten und deren Lage relativ zueinander vorübergehend zu sichern;

einer Heißzone (8), um die die gemeinsam gehaltenen Ausgangsglasrohre zumindest abschnittsweise zu erwärmen, so dass diese verformbar sind; und

einer Zieheinrichtung (11), die ausgelegt ist, um sämtliche Ausgangsglasrohre in einem gemeinsamen Wiederziehschritt miteinander zu dem Glasrohr (12) zu verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Haltemittel (2) ausgelegt ist, um eine axiale Verschiebung zumindest eines innersten (5a) und eines äußersten (5b) Ausgangsglaasrohrs zu verhindern. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Haltemittel (2) die Lage der Ausgangsglasrohre (5a5c) relativ zueinander durch Klemmen sichert. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Haltemittel einen äußeren Klemmring (20) und einen inneren Klemmring (21) aufweist, um das innerste und äußerste Ausgangsglasrohr (5a, 5b) durch Quetschen eines zugeordneten elastischen Dichtrings (24, 25, 29, 30) geklemmt zu halten. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der äußere Klemmring (20) mit zumindest einem äußeren Pressring (22, 27) zusammen wirkt, um den zugeordneten Dichtring (24, 29) zu quetschen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, weiterhin umfassend eine axial verschiebliche Halterung (14), welche des Haltemittel (2) aufnimmt und ausgelegt ist, um das Haltemittel gemeinsam mit den von diesem gehaltenen Ausgangsglasrohren (5a, 5c) in Richtung der Heißzone (8) zu verschieben, wobei ein Druckfluid-Einlass (14), der mit einem Innenraum des innersten Ausgangsglaasrohrs (5a) kommuniziert, um diesen mit einem Überdruck zu beaufschlagen, und/oder ein Unterdruck-Einlass (13) vorgesehen ist, der mit einem oder mehreren zwischen den ineinander gesteckten Ausgangsglasrohren ausgebildeten Spalten) (16) kommuniziert, um einen Unterdruck anzulegen. Vorrichtung nach Anspruch 13 und 11, wobei die Halterung (4) eine Hülse (46) aufweist, die in den Innenraum des innersten Ausgangsglasrohrs (5a) hineinragt und an ihrem vorderen freien Ende ein Druckelement (55) trägt, welches den inneren Klemmring (28, 21) derart mit Druck beaufschlagt, dass ein zugeordneter elastischer Dichtring (30) gequetscht ist, um das innerste Ausgangsglasrohr (5a) geklemmt zu halten. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Hülse den Innenraum (15) des innersten Ausgangsglasrohrs (5a) mit dem Druckfluid-Einlass (14) verbindet. Glasrohr, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer umlaufenden Wandung und einer axialen Innenbohrung, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung zumindest ein umlaufender Inhomogenitätsbereich mit sich in Radialrichtung im Vergleich zu benachbarten Wandungsabschnitten sprunghaft ändernden Materialeigenschaften ausgebildet ist. Glasrohr nach Anspruch 16, wobei der jeweilige Inhomogenitätsbereich bei Ausleuchtung eines Querschnittsprofils des Glasrohrs (12) eine Schlierenbildung bewirkt. Verwendung des Glasrohrs nach Anspruch 16 oder 17 zum Einkapseln elektronischer Bauelemente.






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