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Dokumentenidentifikation DE102006015223B3 30.08.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Glasrohrs
Anmelder SCHOTT AG, 55122 Mainz, DE
Erfinder Büllesfeld, Frank, Dr., 60314 Frankfurt, DE;
Kissl, Paul, 55124 Mainz, DE
Vertreter Patentanwälte Kewitz & Kollegen Partnerschaft, 60325 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 30.03.2006
DE-Aktenzeichen 102006015223
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.08.2007
IPC-Hauptklasse C03B 23/047(2006.01)A, F, I, 20060330, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C03B 23/055(2006.01)A, L, I, 20060330, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Glasrohrs durch Wiederziehen eines Ausgangsglasrohrs (4) mit einem Ausgangsprofil und Umformen desselben in das Glasrohr mit einem anderen Profil, durchläuft das Ausgangsglasrohr (4) eine Heißzone (1), um eine Ziehzwiebel (5) auszubilden, und wird das Ausgangsglasrohr (4), der Ziehzwiebel (5) nachgeordnet, von einem Walzenpaar (7) zu dem Glasrohr (6) umgeformt.
Um präzise Außenabmessungen des Glasrohrs zu realisieren, wird erfindungsgemäß eine Messgröße, die den Umfang des Glasrohrs (6) mit dem anderen Profil repräsentiert, abgeleitet und wird auf der Grundlage der Messgröße ein erster Prozessparameter so geregelt, dass der Umfang des Glasrohrs (6) konstant ist.
Der erste Prozessparameter ist gegeben durch: eine Stellung des Walzenpaars (7) in einer Glasrohrabzugsrichtung (v), eine Breite eines von dem Walzenpaar (7) ausgebildeten Walzenspalts oder einen an einen Innenraum der Ziehzwiebel angelegten Überdruck (p).

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Glasrohren durch Umformen und Verkleinern einer Preform (nachfolgend auch Ausgangsglasrohr genannt) zu einem Glasrohr mit einem anderen Profil und betrifft insbesondere die Herstellung von Glasrohren mit einem nicht-kreisrunden Profil durch Wiederziehen aus einem Ausgangsglasrohr, das bevorzugt ein kreisrundes Ausgangsprofil aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Neben der Herstellung von Glasrohren nach dem bekannten Vello-Verfahren oder Dannerverfahren durch Ziehen aus einer Glasschmelze ist aus dem Stand der Technik auch bekannt, Glasrohre durch Wiederziehen eines Ausgangsglasrohrs mit gleichem Querschnittsprofil wie das Ausgangsrohr herzustellen. Letztgenannte Verfahren eignen sich insbesondere für die Herstellung von Glasrohren mit speziellen Abmessungen in kleinen Chargen. Ihr Vorteil liegt insbesondere darin, dass als Ausgangsmaterial auf Standardglasrohre zurückgegriffen werden kann, die kostengünstig verfügbar sind, und dass es nicht erforderlich ist, die Geometrie der Heißformgebung bei den vorgenannten kontinuierlichen Ziehverfahren aufwendig zu verändern, insbesondere durch Austauschen eines Ziehdorns oder einer Dannerpfeife. Ein weiterer Vorteil der Herstellung von Glasrohren durch Wiederziehen aus einem Ausgangsglasrohr besteht in einer größeren Flexibilität in der Produktion, da die Abmessungen des Endprodukts in einfacher Weise rasch verändert werden können.

DE-OS-545 449 offenbart eine Vorrichtung zum Umformen von Glasröhren oder Stäben kreisrunden Querschnitts in solche mit anders gestalteten Querschnitten. Zur Querschnittsanpassung durchläuft das auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur erhitzte Ausgangsglasrohr ein Walzenpaar oder mehrere Walzenpaare. Wesentliche Parameter, wie beispielsweise Zuführgeschwindigkeit des Glasstrangs in die Heizvorrichtung, Größe und Dimensionierung der Heizvorrichtung, Wahl der Temperaturbedingungen in der Heizvorrichtung und Abziehgeschwindigkeit des Glasstrangs aus der Heizvorrichtung, werden jedoch nicht in ausreichendem Maße festgelegt, was die Toleranzen des Endproduktprofils unnötig erhöht. Ebenfalls wird die Verlängerung des Ausgangsrohrs durch einen Wiederziehschritt nicht beschrieben. Die Produkte haben demnach die gleiche Länge wie das Ausgangsrohr.

DE-OS-1 007 962 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Glasfolienbändern, bei dem ein Glasrohr nach dem bekannten Vello-Verfahren hergestellt wird, um dann unter Einblasen eines Gasstroms auf Folienstärke heruntergezogen zu werden, im Durchmesser in einer Richtung allmählich verringert zu werden und darauf zur Bildung der Folie aufgeschnitten zu werden. Das Umformen eines Glasrohrs durch Wiederziehen aus einem Ausgangsglasrohr ist nicht offenbart.

Die nachveröffentlichte DE 10 2004 060 409 A1 offenbart die Herstellung eines Glasrohrs durch einen Wiederziehprozess. Dabei wird eine Preform in eine Haltevorrichtung eingespannt, die Preform partiell erhitzt und die Preform zu einem Glasrohr mit dem gewünschten Durchmesser gezogen. Beim Wiederziehen können in der Verformungszone seitliche Kräfte auf das Ausgangsglasrohr einwirken, die durch eine oder mehrere Walzen aufgebracht werden. Ein Verstellen der Position der Walzen während des Ziehens des Ausgangsglasrohrs zu dem Glasrohr mit dem anderen Profil ist nicht offenbart.

DE 198 56 892 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Glasrohrs durch Wiederziehen aus einem Ausgangsglasrohr. Beim Wiederziehen wird das Glasrohr jedoch nicht im plastischen Zustand durch ein der Ziehzwiebel nachgeordnetes Walzenpaar umgeformt. Während des Wiederziehens wird an den Innenraum des Glasrohrs ein Überdruck angelegt, um das Verhältnis von Außendurchmesser zu Wandstärke des Glasrohrs mit dem anderen Profil einzustellen. Dabei wird der Überdruck geregelt, um eine konstante Wandstärke zu erzielen. Eine Verstellung oder Regelung der Position der Walzen eines solchen Walzenpaars während des Ziehens des Ausgangsglasrohrs zu dem Glasrohr mit dem anderen Profil ist nicht offenbart.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, womit eine große Menge kleiner Glasrohre durch Wiederziehen und Umformen eines großen Ausgangsglasrohrs noch präziser hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.

Somit geht die vorliegende Erfindung aus von einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Glasrohrs durch Wiederziehen eines Ausgangsglasrohrs mit einem Ausgangsprofil und Umformen desselben in das Glasrohr mit dem gleichen aber verkleinerten Profil, bei dem das Ausgangsglasrohr eine Heißzone durchläuft, um aufgrund einer Abzugskraft eine Ziehzwiebel auszubilden. Erfindungsgemäß wird während des Langziehens des Rohres ein Walzenpaar an der Verjüngungsstelle so angebracht, dass sich das Profil des Produktes gegenüber dem Preformrohr verändern lässt. Durch Ändern der Stellung des Walzenpaars und der Relativlage der das Walzenpaar ausbildenden Walzen können somit die Abmessungen des Glasrohrs in vorteilhaft einfacher Weise variiert werden. Somit können insbesondere auch kleine Chargen mit unterschiedlichen Abmessungen rasch und flexibel hergestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Messgröße, die den Umfang des Glasrohr mit dem anderen Profil repräsentiert, abgeleitet und auf der Grundlage der so gewonnenen Messgröße ein erster Prozessparameter so geregelt, dass der Umfang des gezogenen Glasrohrs konstant ist. Dabei kann der erste Prozessparameter insbesondere gegeben sein durch: eine Stellung des Walzenpaars in der Glasrohrabzugsrichtung, eine Breite eines von dem Walzenpaar ausgebildeten Walzenspalts, die Temperatur oder einen an den Innenraum der Ziehzwiebel angelegten Überdruck.

Durch die Regelung auf eine den Umfang des Glasrohrs repräsentierende Messgröße kann erfindungsgemäß nicht nur der Umfang des Glasrohrs wesentlich präziser festgelegt werden. Denn bei der Umformung an dem im Wesentlichen unveränderten Walzenspalt ändert sich eine durch den Abstand der Walzen des Walzenpaars festgelegte Abmessung des Glasrohrs nicht. Da auf den Umfang des Glasrohrs geregelt wird, bleiben somit die Abmessungen des Glasrohrs in Richtungen, die unter einem Winkel zur Richtung des Walzenspalts stehen, insbesondere senkrecht zu diesem sind, gleichfalls im Wesentlichen unverändert.

Bei der Messgröße kann es sich insbesondere um eine Außenabmessung des Glasrohrs in einer Richtung parallel zum Walzenspalt, das heißt zu einer Verbindungsgeraden der Mittelpunkte der beiden Walzen, oder um eine Außenabmessung des Glasrohrs senkrecht zur vorgenannten Richtung oder um eine Außenabmessung des Glasrohrs in einer Richtung handeln, die unter einem von 90° verschiedenen Winkel zu der vorgenannten Richtung des Walzenspalts steht. Selbstverständlich können zwei oder mehrere solchermaßen gemessene Außenabmessungen auch zu der Messgröße kombiniert werden, auf deren Grundlage die Regelung erfolgt.

Die Messgröße kann erfindungsgemäß grundsätzlich auch berührend ertastet werden. Ganz besonders bevorzugt wird die Messgröße berührungsfrei ermittelt, insbesondere optisch, beispielsweise mit einem Laserdurchmessermessgerät, ganz besonders bevorzugt mit einem zweiachsigen Laserdurchmessermessgerät, das den Durchmesser des Glasrohrs in einer Richtung parallel zum Walzenspalt und senkrecht dazu misst. Die Messung erfolgt online während des Herstellungsprozesses, so dass auf einen konstanten Umfang geregelt werden kann. Insbesondere kann die Messung an einem unter die Erweichungstemperatur des Glases abgekühlten und somit ausreichend formstabilen Glasrohr erfolgen.

Als Prozessparameter, der für eine präzise Regelung ganz besonders geeignet ist, hat sich überraschenderweise die Stellung des Walzenpaars in einer Glasrohrabzugsrichtung herausgestellt. Bekanntermaßen bildet sich beim Wiederziehen eines Glasrohrs eine Ziehzwiebel aus, also ein Schlauch aus einem auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur erhitzten, plastisch verformbaren Glas. Die Ziehzwiebel weist mit zunehmendem Abstand von dem Beginn der Erweichungszone (Bereich, in dem das Glas erstmals auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt wird und somit aufgrund einer Zugkraft verformt wird) bis zum Endprodukt einen kleiner werdenden Umfang auf. Der Umfang lasst sich also als Funktion einer Position in Glasrohrabzugsrichtung darstellen, wobei eine Nullposition den Beginn der Verformung des Glasrohrs in der Erweichungszone bezeichnet und wobei mit zunehmendem Abstand zu dieser Nullposition, in Glasrohrabzugsrichtung betrachtet, der Durchmesser des Glasrohrs immer geringer wird. Die genaue Funktionsabhängigkeit des Umfangs des Glasrohrs von der vorgenannten Lage hängt insbesondere von der Heizzonengeometrie, von der Temperatur, vom Innendruck der Preformgeschwindigkeit und der Abziehgeschwindigkeit des Produktes ab. Allerdings hat sich herausgestellt, dass der Umfang des Glasrohrs dominiert wird von der Lage des Walzenpaars relativ zu der vorgenannten Nullposition in Glasrohrabzugsrichtung betrachtet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Stellung des Walzenpaars durch Verschieben desselben parallel zur Glasrohrabzugsrichtung verstellt. Es kommt somit zu keiner weiteren Verkrümmung bzw. Verbiegung des Glasrohrs, was noch präzisere Endproduktgeometrien erlaubt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Ausgangsglasrohr zu einem im Wesentlichen rechteckförmigen Glasrohr umgeformt, das zwei zueinander parallele Breitseiten aufweist. Mit anderen Worten, das bevorzugt eine kreisrunde Geometrie aufweisende Ausgangsglasrohr wird durch das Walzenpaar auf eine kleinere Außenabmessung unter Ausbildung von zwei zueinander parallelen Schmalseiten gestaucht und weicht in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Walzenspalts unter Ausbildung von zwei zueinander parallelen Breitseiten aus, um insgesamt ein rechteckförmiges Glasrohr auszubilden. Die für ein solchermaßen kontrolliertes Umformen notwendigen Prozessparameter können vom Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres anhand von einfachen Versuchsserien im voraus festgelegt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Abmessung des Endprofils in einer Richtung senkrecht zum Walzenspalt länger als in einer Richtung parallel zum Walzenspalt. Auf diese Weise können vergleichsweise flache Rechteck-Glasrohre ausgebildet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird als Ausgangsglasrohr ein Glasrohr mit einem kreisrunden Ausgangsprofil verwendet. Solche Ausgangsprofile sind kostengünstig und mit engen Toleranzen erhältlich und können erfindungsgemäß sehr variabel in beliebige Endproduktprofile umgeformt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Wandstärke des Glasrohrs durch Ändern des Überdrucks verändert bzw. eingestellt. Eine Erhöhung des Überdrucks bewirkt dabei eine Verminderung der Wandstärke des Glasrohrs. Sofern die Wandstärke des Glasrohrs während des Herstellungsprozesses gemessen wird, kann erfindungsgemäß ergänzend auch auf eine konstante Wandstärke des Glasrohrs eingestellt oder geregelt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ferner eine zweite Messgröße, die eine Außenabmessung des Glasrohrs in der Richtung des Walzenspalts oder senkrecht dazu repräsentiert, abgeleitet und wird auf der Grundlage der zweiten Messgröße zumindest ein zweiter Prozessparameter, der verschieden ist zu dem vorgenannten ersten Prozessparameter, so geregelt, dass die Außenabmessung des Glasrohrs in der Richtung des Walzenspalts oder senkrecht dazu konstant ist.

Weitere Parameter, die geregelt werden können, sind insbesondere die Temperatur der Heißzone und/oder eine Geschwindigkeit, mit der das Ausgangsglasrohr (Preform) zugeführt wird und/oder eine Geschwindigkeit, mit der das Glasrohr abgezogen wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Walzenpaar, das heißt dessen Lage in Glasrohrabzugsrichtung betrachtet und/oder der Abstand der Walzen, und/oder zumindest ein Prozessparameter vor Aktivieren der Regelung in einen dem gewünschten Endprofil entsprechenden Regelbereich verstellt. Durch diese Grobjustierung der Vorrichtung kann ein Herauslaufen der Regelung aus dem Regelbereich verhindert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum Regeln der vorgenannten Parameter bevorzugt eine PID-Regelungsschaltung verwendet, deren Konstanten auf ein gewünschtes Regelungsverhalten eingestellt werden.

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 und worin:

1 in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt;

2 in einer schematischen Querschnittsansicht ein Glasrohr gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem nicht-kreisrunden Profil darstellt;

3a-3c das Verhalten des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit der Parameterabzugsgeschwindigkeit des Glasrohrstrangs, Lage des Walzenpaars in Glasrohrabzugsrichtung und Abstand der Walzen zueinander darstellen.

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen

Gemäß der 1 umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Heizmuffel 1, die von einer vorderen Trennwand 2 und einer hinteren Trennwand 3 begrenzt ist, in denen Durchgangsöffnungen ausgebildet sind. In eine solche Vorrichtung wird ein Ausgangsglasrohr 4 mit einem vorbestimmten Ausgangsprofil eingebracht. Das Ausgangsglasrohr 4 (Preform) ist insbesondere durch seine im Vergleich zu dem späteren Produkt vergrößerte Außenabmessungen, eine gegenüber dem späteren Produkt vergrößerten Wandstärke, durch ein Außenprofil und ein Innenprofil charakterisiert. Bevorzugt ist das Ausgangsglasrohr 4 ein handelsübliches Glasrohr mit einem kreisrunden Außen- und Innenprofil und möglichst großer Wandstärke, wenngleich die vorliegende Erfindung grundsätzlich auch bei anderen Ausgangsprofilen anwendbar ist.

Das Ausgangsglasrohr 4 wird mittels nicht dargestellter Fördermittel, beispielsweise Förderwalzen, der Heißzone 1 zugeführt, wo das Glasrohr auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt wird, unter Ausbildung einer sich in Glasrohrabzugsrichtung verjüngenden Ziehzwiebel 5. Um die Achse des Glasrohres ist ein von zwei einander gegenüberliegenden Walzen 7 gebildetes Walzenpaar angeordnet, das mittels einer Verstelleinrichtung 8 koordiniert in einer Richtung exakt parallel zur Glasrohrabzugsrichtung verstellt werden kann. Mittels der Verstelleinrichtung 8 kann ferner die Position der Walzen 7 in zwei zueinander ortogonalen Richtungen senkrecht zur Glasrohrabzugsrichtung verändert werden und kann die Breite des von den Walzen 7 ausgebildeten Walzenspalts verändert werden. Das Walzenpaar ist erfindungsgemäß an einer Position angeordnet, wo das Glas noch plastisch verformbar ist, also auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt ist. Die Walzen 7 werden vorzugsweise von unten her in die Heizmuffel 7 eingefahren. Die Walzen bestehen aus einem hochtemperaturfesten Material, wie beispielsweise Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Grafit oder Bornitrid (BN). Wegen der günstigen Kontakteigenschaften zu heißem Glas und der Sauerstoffresistenz werden bevorzugt Walzen aus Bornitrid eingesetzt.

Gemäß der 1 wird das Glasrohr 6 mit einer konstanten Glasrohrabzugsgeschwindigkeit V2 abgezogen, die verschieden von der Zuführgeschwindigkeit V1 ist. Gemäß der 1 verändert sich das Profil des Glasrohrs 6 nach dem Erkalten unter die Erweichungstemperatur des Glases, abgesehen von der thermischen Kontraktion des Glases, nicht mehr.

Somit wird gemäß der 1 das Ausgangsglasrohr 4 mit einem kreisrunden Profil in ein im Wesentlichen rechteckförmiges Glasrohr 6 umgeformt, das in der 2 beispielhaft gezeigt ist und zwei Schmalseiten a und zwei zueinander parallele Breitseiten b aufweist, wobei die Außenabmessung a durch die Breite des Walzenspalts festgelegt ist und sich die Breitseiten b in einer Richtung senkrecht zur Richtung des vorgenannten Walzenspalts erstrecken.

Zum Wiederziehen und Umformen des Ausgangsglasrohrs wird erfindungsgemäß wie folgt vorgegangen: Zunächst wird die Vorrichtung durch Grobjustierung von Parametern, wie beispielsweise Zuführgeschwindigkeit des Ausgangsglasrohrs, Abziehgeschwindigkeit des Glasrohrs, Innendruck, Temperaturbedingungen in der Heizmuffel, Änderung der Position des Walzenpaars in Glasrohrabzugsrichtung und Breite des Walzenspalts, in einen Bereich eingestellt, in dem die Regelung, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, die weitere Prozessführung übernehmen kann. Es sei nachfolgend das Beispiel zugrunde gelegt, dass ein im Wesentlichen rechteckförmiges Glasrohr mit dem in der 2 gezeigten Profil hergestellt werden soll. Während des Herstellprozesses wird mittels eines zweiachsigen Laserdurchmessermessgeräts die Außenabmessung des Glasrohrs 6 in Richtung des Walzenspalts (a) und in einer Richtung senkrecht dazu (b; vergleiche 2) gemessen. Auf der Grundlage einer solchen Messgröße, die repräsentativ für den Umfang des Glasrohrs ist, oder auf der Grundlage eines aus den Messgrößen a und b berechneten Umfangs wird ein Prozessparameter so geregelt, dass der Umfang des Glasrohrs konstant ist. Beispiele für solche Prozessparameter sind: Die Stellung des Walzenpaares in der Glasrohrabzugsrichtung, die Temperatur, die Breite des Walzenspalts oder der den Innenraum der Ziehzwiebel angelegte Überdruck. Erfindungsgemäß kann auch mehr als ein Prozessparameter geregelt werden, insbesondere zwei Prozessparameter. So kann beispielsweise auf einen konstanten Umfang, wie durch eine Onlinemessung detektiert, und auf eine konstante Breite eines Glasrohrs mit einem rechteckförmigen Profil geregelt werden.

Ausführungsbeispiel 1

Es soll gezeigt werden, dass der Einsatz von Walzen beim Wiederziehen geeignet ist, um ein Ovalrohr herzustellen. Es sollen die Parameter für ein Ovalrohr mit einer Breite von 5mm, einer Höhe von 2mm und einer Wandstärke von 0,3mm gefunden werden.

Zu diesem Zweck werden Walzen aus Bornitrid mit einem Durchmesser von 20mm von unten in die Heizmuffel eingeführt. Die Halterung der Walzen besteht aus NCT3, die Achse der Walzen aus Inconel 600. Die Bornitrid-Walzen sind als Gleitlager ausgeführt, deren Passung für 900° Celsius optimiert ist. Die Walzen sind auf x-y- und z-Verstellschlitten fixiert, so dass ihre Position während des Ziehens verstellt werden kann.

Die Walzenposition wird wie folgt gemessen: die Walzenhöhe wird durch den Abstand der Halterunterkante zu der unteren Trennwand der Heizmuffel gemessen. Bei einer Einstellung von 362mm stoßen die Walzen an die Trennwand an. Der Walzenabstand wird durch Verstellen der x- und y-Verstellschlitten verstellt. In einem Vorversuch wurde ermittelt, dass die Breite, Wanddicke und der Innendruck stark miteinander korrelieren und dass die Höhe stark mit dem Walzenabstand korreliert.

Bei einem zweiten Vorversuch werden der Walzenabstand, die Ziehgeschwindigkeit und die Walzenhöhe für eine Grobjustierung der Vorrichtung verändert. Als Ergebnisgrößen werden Breite, Höhe und das Verhältnis von Breite zu Höhe sowie die Wandstärke betrachtet. Ziel ist es, bei fester Wanddicke die Außengeometrie exakt einzustellen. Es ergaben sich Zusammenhänge, wie systematisch in der 3a-3c zusammengefasst. Der Übersichtlichkeit halber sind die Abhängigkeit von der Abzugsgeschwindigkeit, von der Höhe der Walzen und dem Abstand der Walzen jeweils in einem Diagramm zusammengefasst.

Man erkennt insbesondere, dass der Walzenabstand stark die Höhe beeinflusst. Auch die Breite wird durch den Walzenabstand beeinflusst, und zwar so, dass ein Zusammenfahren der Walzen das Breite-zu-Höhe-Verhältnis vergrößert. Zur Einstellung einer genauen Breite b (vgl. 2) bei gegebenen Höhe a eines Glasrohrs mit einem rechteckförmigen Profil, wird also bei konstantem Innendruck nur die Lage der Walzen in Glasrohrabzugsrichtung betrachtet. Die Ziehgeschwindigkeit hat einen vergleichsweise geringen Einfluss auf das vorgenannte Verhältnis.

Nachfolgend werden einige weitere beispielhafte Prozessparameter tabellarisch zusammengefasst:

Bei gewissen Prozessparametern, wie nachfolgend tabellarisch zusammengefasst, ergaben sich Rohre mit ovalem Außenprofil oder Einbeulungen oder Ausbeulungen:

Details:

  • • Die geforderte Geometrie kann mit folgenden Parametern erreicht werden
  • • T1 900°C
  • • T2 830°C
  • • Preformrohr Außendurchmesser = 50mm Wandstärke = 9mm Duran
  • • Preformvorschub 5mm/min
  • • Innendruck 2,8 Skt
  • • Abzuggschwindigkeit 2000mm/min
  • • Walzenabstand 17 mm → realer Walzenabstand 2,7mm
  • • Walzenhöhe: 330 mm → reale Walzenhöhe: 22 mm oberhalb Muffelboden
  • • Zur Feineinstellung bieten sich folgende Größen an:
  • • Höhe: Walzenabstand
  • • Breite: Innendruck oder Walzenhöhe (Für eine größere Breite mehr Innendruck oder eine größere Walzenhöhe)
  • • WD Innendruck + Ziehgeschwindigkeit

Ausführungsbeispiel 2

Die Walzen sind an motorisierten x-,y- Schlitten fixiert. Die Positionssteuerung erfolgt über eine Regelung. Ein 2-achsiges Laserdurchmessermessgerät liefert dabei die relevanten Abmessungen a und b. Dabei wird eine erste Regelung eingesetzt, um den Umfangswert U über die Walzenhöhe als Stellglied einzustellen. Eine weitere Regelschleife dient dazu, über den Walzenabstand die Abmessung a der Probe zu erreichen. Die einzelnen Regler werden als PID-Softwareregler in einer Steuerung realisiert.

Regelung:

Beim Wiederziehen bildet sich eine Ziehzwiebel aus. Diese weist mit zunehmendem Abstand von dem Beginn der Erweichungszone bis zum Endprodukt einen kleiner werdenden Umfang auf. Der Umfang läst sich also als Funktion von z darstellen, wobei z = 0 den Beginn der Verformung (die optisch ohne weiteres detektiert werden kann) bezeichnet und mit Verkleinerung des Durchmessers des Rohres/Stabes ansteigt. Die Funktion U(z) hängt von der Heizzonengeometrie, von der Temperatur, vom Innendruck, der Preformgeschwindigkeit und der Abziehgeschwindigkeit des Produktes ab. Für einen gegebenen Parametersatz lässt sie sich durch Nachmessen eines durch schnelle Temperaturabsenkung „eingefrorenen" Versuches feststellen.

Durch den Einsatz der Walzen an der Position z = h bleibt der Umfang des Glasrohres konstant und beträgt U(h). Für diesen U(h) gilt weiterhin folgende Beziehung: U(h) = a(&pgr; – 1) + 2b wobei a die Höhe und b die Breite des durch die Walzen verformten Glasrohres/Stabes bezeichnen (vgl. 2).

Für eine Regelung der Abmessungen empfiehlt sich also folgendes Vorgehen:

  • 1. Einstellen der Wanddicke ohne Walzen über Innendruck und Temperatur
  • 2. Ermitteln von a und b mittels Onlinemessung
  • 3. Errechnen von U(z)
  • 4. Regelung von U(z) auf den Sollwert Usoll mit einem geeigneten Regler (z.B. PID Regler)
  • 5. Regelung von a auf den Sollwert a soll mit einem geeigneten Regler (z.B. PID Regler)

1
Heizmuffel
2
Vordere Trennwand
3
Hintere Trennwand
4
Preformrohr/Ausgangsrohr
5
Ziehzwiebel/Einschnürung
6
Endrohr
7
Formwalze
8
Verstelleinrichtung
9
Profilmesseinrichtung


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Glasrohrs durch Wiederziehen eines Ausgangsglasrohrs (4) mit einem Ausgangsprofil und Umformen desselben in das Glasrohr mit einem anderen Profil, bei welchem Verfahren

das Ausgangsglasrohr (4) eine Heißzone (1) durchläuft, um eine Ziehzwiebel (5) auszubilden, und

das Ausgangsglasrohr (4), der Ziehzwiebel (5) nachgeordnet, von einem Walzenpaar (7) zu dem Glasrohr (6) umgeformt wird, wobei

die Position von Walzen, die das Walzenpaar (7) ausbilden, während des Ziehens des Ausgangsglasrohrs (4) zu dem Glasrohr mit dem anderen Profil in Glasrohrabzugsrichtung (z) und/oder in Richtungen (x, y) senkrecht zur Glasrohrabzugsrichtung verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Messgröße, die den Umfang des Glasrohrs (6) mit dem anderen Profil repräsentiert, abgeleitet wird und auf der Grundlage der Messgröße ein erster Prozessparameter so geregelt wird, dass der Umfang des Glasrohrs (6) konstant ist, wobei der erste Prozessparameter gegeben ist durch: eine Stellung des Walzenpaars (7) in einer Glasrohrabzugsrichtung (z), eine Breite eines von dem Walzenpaar (7) ausgebildeten Walzenspalts oder einen an einen Innenraum der Ziehzwiebel angelegten Überdruck (p). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Stellung des Walzenpaars (7) durch Verschieben desselben parallel zur Glasrohrabzugsrichtung (z) verstellt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Ausgangsglasrohr zu einem im Wesentlichen rechteckförmigen Glasrohr (6) umgeformt wird, das zwei zueinander parallele Breitseiten (6) aufweist. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Ausgangsglasrohr so umgeformt wird, dass eine Abmessung (b) des anderen Profils in einer Richtung senkrecht zum Walzenspalt länger ist als in einer Richtung parallel zum Walzenspalt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Ausgangsglasrohr (4) ein kreisrundes Ausgangsprofil aufweist und/oder das Glasrohr mit dem anderen Profil ein Ovalrohr ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem durch Ändern des Überdrucks eine vorbestimmte Wandstärke des Glasrohrs eingestellt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine zweite Messgröße, die eine Außenabmessung des Glasrohrs (6) in der Richtung des Walzenspalts oder senkrecht dazu repräsentiert, abgeleitet wird und bei dem ferner auf der Grundlage der zweiten Messgröße zumindest ein zweiter Prozessparameter, der verschieden ist zu dem ersten Prozessparameter, so geregelt wird, dass die Außenabmessung (a) des Glasrohrs (6) in der Richtung des Walzenspalts konstant ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Regeln ferner eine Temperatur der Heißzone (1) und/oder eine Geschwindigkeit (v1), mit der das Ausgangsglasrohr (4) zugeführt wird, und/oder eine Geschwindigkeit (v2), mit der das Glasrohr (6) abgezogen wird, verändert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Walzenpaar (7) und/oder zumindest ein Prozessparameter vor Aktivieren der Regelung in einen dem anderen Profil entsprechenden Regelbereich verstellt wird bzw. werden, der insbesondere auf der Grundlage eines rasch erkalteten wiedergezogenen Glasrohrs festgelegt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Regeln eine PID-Regelungsschaltung verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Ausgangsglasrohr (4) der Heißzone (1) mit einer ersten vorbestimmten Geschwindigkeit (v1) zugeführt und das Glasrohr (6) mit dem anderen Profil mit einer zweiten Geschwindigkeit (v2), die verschieden ist zu der ersten Geschwindigkeit, abgezogen wird. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die zweite Geschwindigkeit (v2) konstant ist. Vorrichtung zur Herstellung eines Glasrohrs durch Wiederziehen eines Ausgangsglasrohrs (4) mit einem Ausgangsprofil und Umformen desselben in das Glasrohr mit einem anderen Profil, mit einer Heißzone (1) und Fördermitteln, die so ausgelegt sind, dass das Ausgangsglasrohr (4) durch die Heißzone (1) unter Ausbildung einer Ziehzwiebel (5) transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehzwiebel (5) nachgeordnet ein Walzenpaar (7) vorgesehen ist, um das Ausgangsglasrohr (4) in das Glasrohr (6) umzuformen, wobei

den das Walzenpaar (7) ausbildenden Walzen eine Verstelleinrichtung (8) zugeordnet ist, um die Position der Walzen in Glasrohrabzugsrichtung (z) und/oder in Richtungen (x, y) senkrecht zur Glasrohrabzugsrichtung zu verstellen, und

wobei der Verstelleinrichtung (8) eine Regelungseinrichtung zugeordnet ist, die ausgelegt ist, um die Position der Walzen in Glasrohrabzugsrichtung (z) und/oder in Richtungen (x, y) senkrecht zur Glasrohrabzugsrichtung während des Ziehens des Ausgangsglasrohrs (4) zu dem Glasrohr mit dem anderen Profil zu verstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, weiterhin umfassend:

eine Messeinrichtung (9), um eine Messgröße, die den Umfang des Glasrohrs (G) mit dem anderen Profil repräsentiert, abzuleiten, wobei

die Regelungseinrichtung ausgelegt ist, um auf der Grundlage der Messgröße einen ersten Prozessparameter so zu regeln, dass der Umfang des Glasrohrs (G) konstant ist, wobei der erste Prozessparameter gegeben ist durch: eine Stellung des Walzenpaars (7) in einer Glasrohrabzugsrichtung (v), eine Breite eines von dem Walzenpaar (7) ausgebildeten Walzenspalts oder einen an einen Innenraum der Ziehzwiebel angelegten Überdruck (p).
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, weiterhin umfassend ein Überdruckerzeugungsmittel, das ausgelegt ist, um an den Innenraum der Ziehzwiebel (5) einen variablen Überdruck anzulegen, sodass durch Ändern des an den Innenraum der Ziehzwiebel (5) angelegten Überdrucks eine vorbestimmte Wandstärke des Glasrohrs einstellbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis IG, bei der die Messeinrichtung ferner ausgelegt ist, um eine zweite Messgröße, die eine Außenabmessung des Glasrohrs (G) in der Richtung des Walzenspalts repräsentiert, abzuleiten und bei der die Regelungseinrichtung ferner ausgelegt ist, um auf der Grundlage der zweiten Messgröße zumindest einen zweiten Prozessparameter, der verschieden ist zu dem ersten Prozessparameter, so zu regeln, dass die Außenabmessung (a) des Glasrohrs (6) in der Richtung des Walzenspalts konstant ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei der die Regelungseinrichtung ferner ausgelegt ist, um zum Regeln eine Temperatur der Heißzone (1) und/oder eine Geschwindigkeit (v1), mit der das Ausgangsglasrohr (4) zugeführt wird, und/oder eine Geschwindigkeit (v2), mit der das Glasrohr (6) abgezogen wird, zu verändern. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei der die Messeinrichtung ein Laserdurchmessermessgerät zum Messen eines Außen- und/oder Innendurchmessers des Glasrohrs (6) mit dem anderen Profil ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei der die Regelungseinrichtung eine PID-Regelungsschaltung umfasst. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei der die Formwalzen aus Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Grafit und/oder Bornitrid (BN) bestehen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei die Verstelleinrichtung als motorisierter Verstellschlitten zum Verstellen der Position der Walzen in der Glasrohrabzugsrichtung (z) und/oder in Richtungen (x, y) senkrecht zur Glasrohrabzugsrichtung ausgebildet ist.






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