圓柱形玻璃體的生產方法及其裝置的製作方法
2023-05-02 09:15:31 8
專利名稱：圓柱形玻璃體的生產方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及在一種垂直拉制工藝中生產圓柱形玻璃體的方法及其裝置，特別是一種石英玻璃體，包括一個方法步驟，其中，玻璃坯料被供應到一個加熱區，在該區被軟化，通過一個拉出設備(draw-off device)以一種可控制的拉延速度從該軟化區拉出一個玻璃纖維束(glassstrand)，該拉出設備包括一個第一拉出單元，該第一拉出單元具有在玻璃纖維束上滾動並被分布在其圓周上的滾動體，所述滾動體由一個基準滾動體和至少一個輔助滾動體組成，拉延速度通過該基準滾動體的速度被控制。
而且，本發明還涉及一種在垂直拉制工藝中用於生產圓柱形玻璃體的裝置，特別是一種石英玻璃體，包括一個環形加熱元件，用於加熱和軟化玻璃坯料，包括一個拉出設備，該拉出設備具有一個框架，該框架將一個第一拉出單元保持在其上，該第一拉出單元具有在所述玻璃纖維束上滾動並被分布在其圓周上的滾動體，所述滾動體由一個基準滾動體和至少一個輔助滾動體組成，所述基準滾動體被連接到一個速度控制器上用於調節所述拉延速度。
背景技術：
這樣的方法和裝置用於生產圓柱形元件，特別是用石英玻璃製成的管和棒，或者用於光纖的預成型。DE-A-19536960記載了所述類型的一種方法和一種裝置。為了在一個垂直拉制工藝中生產石英玻璃管，將一個用石英玻璃製成的空心圓柱體以下端開始供應到一個環形爐中，並被在其中加熱和軟化。在成型一個拉制球狀物的狀態下，從所述軟化區連續地向下拉出一個石英玻璃管束。為此，在一個垂直固定位置設置一個拉出設備，該拉出設備包括兩個輥子，它們以相對的方式和相反的方向在該被拉出的管束上滾動。
所述管束的外徑和壁厚被設定成一個預定的給定值。所述控制器的操縱量是拉延速度和吹塑壓力，通過控制輥子的旋轉速度而調節該拉延速度。管件被時常以所需的長度從拉出的管束上分離。
由於在所述拉出設備區域的石英玻璃還沒有完全冷卻，輥子可能產生壓痕。特別是在彎曲玻璃纖維束時，大的力可能作用在玻璃纖維束上，並且由於在所述拉制球狀物區域的槓桿作用而使玻璃纖維束產生進一步的變形。而且，由於相對的輥子產生不規則的磨損，就產生路徑或者嚙合誤差，導致產生壓力斑痕和其它表面損傷。在按照一定長度切斷期間，玻璃纖維束的重量的突然變化可能會導致在所述拉出設備區域的表面損傷。
發明內容
本發明的目的是提供一種方法，其減少因拉出設備引起的玻璃纖維束的表面損傷，並避免了因現有的玻璃纖維束彎曲法引起的變形。而且，本發明的目的還在於提供一種裝置，其能夠在一個垂直拉制工藝中生產圓柱形的石英玻璃體，而基本上沒有任何表面損傷。
上述目的是根據本發明的方法實現的，由上述類型的方法開始，根據被拉出的玻璃纖維束的重量，確定所述基準滾動體的轉矩值，並且所確定的值被用作一個給定值，用於設定所述至少一個輔助滾動體上的轉矩。
在最簡單的情形中，所述滾動體是具有一個氣缸套形式的輥面的輥子。幾個滾動體被以這樣一種方式分布在玻璃纖維束上，由滾動體在徑向上施加在玻璃纖維束上的接觸壓力相互補償。在最簡單的情形中，但不是必要的，第一拉出單元的滾動體擱置在玻璃纖維束上的一個水平分界面內。
在至少一個滾動體中，所述拉出設備的旋轉速度及其拉延速度是被控制的。在下面的描述中，第一拉出單元的所述滾動體被指定為一「基準滾動體」或者也作為一「基準輥」。基於該基準輥的直徑以及它與玻璃纖維束接觸的摩擦係數，根據被拉出的玻璃纖維束的重量，就可以得到該基準輥在額定速度下的比力矩。
一個旋轉支承體的轉矩「D」被定義為力「K」與槓桿臂「I」的乘積。
D＝K×I在本發明的垂直拉制工藝中，力「K」是根據拉出的玻璃纖維束的重量以及滾動體與玻璃纖維束接觸的靜摩擦得出的。該靜摩擦受到滾動體在玻璃纖維束上滾動的圓周速度的影響。
在根據本發明的方法中，基準輥的轉矩，或者一個能夠與所述轉矩關聯的值被確定，所確定的值被用作一個「設定點轉矩」，用以預先確定所述第一拉出單元的其它滾動體的轉矩的設定。因而其轉矩就與該預定的設定點轉矩相關聯。由於許多原因，所述輔助滾動體的轉矩可能與基準滾動體的轉矩不同。比如，滾動體的不同的速度和外徑或者非圓度或者不圓度。導致外徑不同和非圓度的一個原因可能是磨損。
所述基準輥的轉矩值能夠通過測量或者計算的方法來確定。在最簡單的情形中，該值是在基準輥上直接測量的。所謂的「應變計傳感器」，或者所安裝的測量設備，比如轉矩測量軸，是適合的。轉矩是被基於拉出的玻璃纖維束的實際運行重量以這樣的方式設定的，不必要知道精確的重量。然而，根據工藝過程和裝置的具體條件，比如基準輥的實際外徑、滾動期間的摩擦阻力以及拉出的玻璃纖維束的重量(或者它的體積)，也能夠計算出該轉矩或者它的實時的變化值。
基於所述基準輥的轉矩，由於在所述第一拉出單元的滾動體的滾動期間所述轉矩是相同的，就確保該拉出單元的滾動體具有相同的或者相似的圓周速度。理想地，該拉出單元的所有滾動體在玻璃纖維束上施加相同的力。因而，就可以避免滾動體之間的嚙合誤差、以及由此導致的玻璃纖維束表面上的損傷。
在拉制過程中，根據所述設定點轉矩，能夠反覆地最好是連續地進行所述設定點轉矩的確定以及所述輔助滾動體的轉矩的調節。比如由於玻璃纖維束的重量變化或者基準輥的不圓度，設定點轉矩的變化因而被恆定地考慮，並且能夠避免滾動體之間的嚙合誤差。理想地，所述輔助滾動體的轉矩精確地與基準輥的轉矩一致。基準輥的設定點轉矩被以一種恆定的方式(反覆地，最好是連續地)重新確定。結果是，將一個可變的設定點轉矩作為所述至少一個輔助滾動體的一個預定值。最好是，所述至少一個輔助滾動體的轉矩被調節到該可變的設定點轉矩。
已經發現，採用一個這樣的拉出設備是有利的，它包括至少一個第二拉出單元，該第二拉出單元包括多個滾動體。當沿著玻璃纖維束的縱軸方向上看時，該第二拉出單元位於所述第一拉出單元的上方或者下方。可以採用多個同軸的相間隔的拉出單元。在這裡以及在下文中，「第二拉出單元」意指每一個更多的-第二、第三、第四、等等...-拉出單元。當在軸向上看時，該第二拉出單元的滾動體被一個位於另一個之上地或者被相互偏置地布置。
所述第二拉出單元包括至少兩個滾動體。第一和第二拉出單元的滾動體的數量、幾何結構或者布置方式沒有必要是相同的。而且，至於在玻璃纖維束上的第二和其它任何拉出單元的滾動體的幾何結構和布置方式，可以基於上述第一拉出單元的滾動體用類推法而做出評論。
採用幾個被同軸地分布在玻璃纖維束上的拉出單元使得用於保持和導引玻璃纖維束所需的力能夠更均勻地分布，從而減少了單個滾動體的接觸壓力。因而避免或者減小了對表面的損傷。
在這點上，已經發現，當所述至少一個第二拉出單元的滾動體在垂直於玻璃纖維束縱軸的方向上是可以移動的，這是特別有利的。因此，這些滾動體的特徵在於，它們的「徑向位置」(從垂直於玻璃纖維束縱軸的方向上看)不是固定的，而是在拉制過程中是可變化的。從而，在彎折玻璃纖維束的情形下，滾動體可以被在徑向上調節以便跟隨該彎折動作。這就防止了一種情況的發生，即不在垂直於玻璃纖維束縱軸方向上作用的力增大。另外，由於槓桿作用，這樣的力將對所述軟化區的區域有衝擊，導致玻璃纖維束的尺寸精度的額外變壞。比如，通過電機使滾動體在玻璃纖維束上調節(定位)以及以一種特別有利的方式，採用一個「浮動墊」，可以實現徑向調節，該浮動墊允許所述滾動體(或者其配件)進行徑向滑動，而幾乎沒有任何摩擦阻力。
還可以獲得進一步的改進，在基於所述基準滾動體的轉矩設定所述轉矩的情形下，所述至少一個第二拉出單元的滾動體被用作輔助滾動體。這裡，不僅第一拉出單元的輔助滾動體的轉矩是相同的，而且第二(或者其它任何)拉出單元的滾動體的轉矩也是相同的。對於與玻璃纖維束嚙合的所有輔助滾動體而言，設定點轉矩是根據基準輥的轉矩值得出的，正如上文已經針對所述第一拉出單元的至少一個輔助滾動體所進行的詳細描述那樣。該輔助滾動體的轉矩被設定成所述設定點轉矩或者基於它被調節。由於具有許多與玻璃纖維束嚙合的滾動體，一方面，有可能將用於保持和導引玻璃纖維束所需的力更均勻地分布，並從而使接觸壓力保持較小，此力是通過每一個單個的滾動體而局部作用的，另一方面，有可能通過使轉矩相等而減少或者防止單個滾動體之間的嚙合誤差。在一種特別優選的情形下，與玻璃纖維束嚙合的每一個滾動體的轉矩被單獨控制。
已經發現，當滾動體以一個可調節的接觸壓力壓靠在玻璃纖維束上時，是特別有用的。該接觸壓力能夠針對每一個滾動體被單獨設定，或者將一個拉出單元的所有滾動體的接觸壓力設定成相同值，或者將該拉出設備的所有滾動體的接觸壓力大體上設定成相同值。該設定操作可以通過控制或者校準來實現。通過一種被控制的或被校準的調節，接觸壓力可以以一種選擇性的方式分布在單個的滾動體上，因而能夠避免局部有大接觸壓力。滾動體的用於產生該接觸壓力的前進運動可以用液壓、氣動的方式或者通過電機產生。
已經弄清楚，當根據被拉出的玻璃纖維束的重量來設定接觸壓力時是特別有利的。該垂直向下作用的重力可以通過滾動體的接觸壓力以及由此產生的靜摩擦而減小。必須觀測到某一靜摩擦，低於該靜摩擦時，玻璃纖維束將會滑動通過。玻璃纖維束的重量連續地增加直到玻璃體按照所需的長度分離。因而，在最簡單的情形中，滾動體從一開始就以一個接觸壓力壓靠在玻璃纖維束上，該接觸壓力足夠使最大重量減小到所期望的值。作為一種選擇，隨著重量的增加，接觸壓力連續地或者遞增地增大。通過所述方法的最近提到的變型，可以進一步使對表面的損傷最小化。
在這點上，已經弄清楚，當在第一拉出單元的滾動體超過一個預定的最大接觸壓力的情形下，第二拉出單元的滾動體又開始與玻璃纖維束嚙合，或者作為一種選擇，當在第二拉出單元的滾動體已經與玻璃纖維束嚙合時所述接觸壓力被增大，這是特別有利的。在此過程中，預先確定一個滾動體的接觸壓力的一個最大容許值(下文稱為「最大值」)。由於第一拉出單元的滾動體數量少，要被用來減少重量的靜摩擦首先被產生(當重量小時)。或者是從一開始就用一個預定的接觸壓力(≤最大值)壓靠在玻璃纖維束上，或者是所述接觸壓力隨著玻璃纖維束重量的增加而增大。第一拉出單元的滾動體一施加所述靜摩擦，靜摩擦就不再足夠用以減少玻璃纖維束的重量，或者滾動體進一步開始與玻璃纖維束嚙合，這將通過它們的接觸壓力以及由此產生的靜摩擦而截取玻璃纖維束的部分重量，或者滾動體上的接觸壓力增大，其中所述滾動體已經與玻璃纖維束嚙合，但是接觸壓力低於所述預定的最大值。一旦已經由第二(及任何其它)拉出單元的滾動體提供所述附加靜摩擦，第一拉出單元的滾動體的接觸壓力能被再次減小。理想地，與玻璃纖維束嚙合的所有滾動體被提供相同的接觸壓力，後者被設定成剛好大，以便與玻璃纖維束結合時，它產生一個靜摩擦，該摩擦力正好防止玻璃纖維束在各自的重力作用下產生滑動。
進一步改進的實現在於，接觸壓力的控制器包括一個阻尼元件。該阻尼元件具有一個比拉出設備的機構小些的剛度常數，以便它使其固有振動減振。這防止了過調節的發生，原來特別有利的是接觸壓力的控制，尤其是在重量快速變化的情形下，比如，在玻璃纖維束的分離期間。在本發明的一個優選實施例中，該阻尼元件被設計成一個機械彈簧元件，比如一根扭簧。
用於減少玻璃纖維束重量所需的靜摩擦是通過將滾動體壓靠在玻璃纖維束上產生的。最好是，採用輥面的摩擦係數在0.2至0.5範圍內的滾動體。在輥面具有高的摩擦係數的情形下，小的接觸壓力就足夠用以產生一個合適的靜摩擦。然而，高的摩擦係數通常會導致輥面具有顯著的表面結構，這可能導致損傷玻璃纖維束。通過使輥面具有低的摩擦係數，就可以避免這一缺陷。然而，高的接觸壓力是用以產生足夠的靜摩擦所需的，這也可能導致損傷玻璃纖維束。在這點上，使輥面具有上述範圍內的摩擦係數認為是一種合適的折中辦法。
用作輥面的特別合適的材料包括石棉、石棉的替代物或者SiC。滾動體由所述材料組成，或者在它們的輥面區域內塗覆所述材料。所述材料也可以被用作石墨合金的載體，比如，柵格，格子，紡織品，針織品或者類似物。除了具有高的耐磨性，具有高的耐熱性也是主要的。這裡，矽酸鈣和矽酸鋁可以作為上述石棉替代物的實例。
至於裝置，上述目的可以根據本發明而實現，從上述類型的裝置開始，一方面在於，設有一個用於在基準滾動體滾動期間確定轉矩的裝置，以及一個用於將所述至少一個輔助滾動體上的轉矩設定成一個設定點轉矩的裝置。
至於所述滾動體的結構和布置以及術語「基準滾動體」和「輔助滾動體」的定義，在下文中也適用，上文關於本發明方法的描述在此作為參考。
根據本發明的裝置的特徵在於，設有一個用於在所述基準滾動體滾動期間確定轉矩的裝置，以及一個用於設定所述至少一個輔助滾動體的轉矩的裝置。藉助於所述用於確定轉矩的裝置，基準輥的轉矩、或者是一個與此轉矩相關聯的值被確定，而且所確定的值被用作第一拉出單元的其餘滾動體的轉矩的量度標準。
通過測量或者還通過計算，能夠確定所述基準輥的轉矩值。在上述第一種情形下，設有一個測量裝置，用於測量作用在該基準輥上的轉矩。所謂的「應變計傳感器」，或者所安裝的測量裝置，比如轉矩測量軸，是適合的。藉助於該測量裝置，沿著所拉出的玻璃纖維束的方向作用在基準輥上並且是根據該拉出的玻璃纖維束的實際重量得出的該轉矩被感測到。
在第一拉出單元的滾動體滾動期間，基於基準輥的轉矩，該轉矩是相同的。為此，設有一個用於將所述至少一個輔助滾動體的轉矩設定成所述設定點轉矩的裝置。該用於設定轉矩的裝置包括，比如，一個驅動裝置，用於驅動各自的滾動體進行滾動運動，這些滾動體被連接到一個帶有校正輸入的速度控制器上，以及一個測量裝置，用於測量作用在各自的滾動體上的轉矩。在設定滾動期間的速度時，這樣的一種裝置允許將實際轉矩可控制的調節到一個設定轉矩，該設定轉矩是由該基準輥的轉矩得出的。
在拉制過程中，所述輔助滾動體的轉矩被反覆地或者連續地設定。最好是，該設定轉矩應該被連續地設定到所述基準滾動體的轉矩值。通過對該設定轉矩進行相應的適應性調整，比如，由於玻璃纖維束的重量變化，或者由於基準滾動體的磨損所引起的該基準滾動體轉矩的變化被考慮進去。因而確保該拉出單元的滾動體總是具有相同的或者相似的圓周速度，而且避免了滾動體之間的嚙合誤差。
對根據本發明的裝置的一個實施例給出優選，其中，所述拉出設備包括至少一個第二拉出單元，該第二拉出單元包括多個滾動體。當沿著玻璃纖維束的縱軸方向上看時，該第二拉出單元位於所述第一拉出單元的上方或者下方。可以採用多個同軸的相間隔的拉出單元。在這裡以及在下文中，「第二拉出單元」意指任何更多的-第二、第三、第四、等等...-拉出單元。
所述第二拉出單元包括至少兩個滾動體。第一和第二拉出單元的滾動體的數量、幾何結構或者布置方式沒有必要是相同的。至於在玻璃纖維束上的第二和其它任何拉出單元的滾動體的幾何結構和布置方式，可以基於上述第一拉出單元的滾動體用類推法做出評論。
所述至少一個第二拉出單元最好是被固定在與第一拉出單元相同的框架上，該第二拉出單元的滾動體被在一個垂直於玻璃纖維束縱軸的方向上可移動地支承在該框架上。因而，這些滾動體的特徵在於，它們的「徑向位置」(從一個垂直於玻璃纖維束縱軸的方向上看)不是被固定的，而在拉制過程中是可變化的。從而，在彎折玻璃纖維束的情形下，所述滾動體可以被在徑向上調節以便跟隨該彎折動作。這避免了不在垂直於玻璃纖維束縱軸方向上作用的力的產生。比如，通過採用電機類的驅動裝置、液壓驅動裝置或者氣壓驅動裝置，就可以實現該徑向調節。使用「浮動墊」是一種特別有利的方式，它允許所述滾動體(或者其配件)進行徑向滑動，採用一種空氣墊的形式，幾乎沒有任何摩擦阻力。
通過將第二拉出單元的滾動體連接到一個用於設定轉矩的裝置上，可以實現進一步的改進。因而，在本發明中，第二拉出單元的滾動體也被用作「輔助滾動體」。這意味著，它們的轉矩可以藉助於各自的用於設定轉矩的裝置進行設定。對於所有輔助滾動體而言，所述設定點轉矩是根據基準輥的轉矩值得出的。一方面，由於具有第二(任何其它)拉出單元的滾動體，有可能將用於保持和導引玻璃纖維束所需的力分布在多個與玻璃纖維束嚙合的滾動體的接觸壓力上，即，使接觸壓力保持較小，此力是通過每一個單個的滾動體而局部作用的，另一方面，有可能通過使轉矩相等而減少或者避免單個滾動體之間的嚙合誤差。理想地，為每一個與玻璃纖維束嚙合的滾動體設有一個用於設定所述轉矩的分離裝置。
在根據本發明的裝置的一種特別優選的實施例中，設有一個接觸壓力控制器，通過該控制器，所述滾動體被以一個可調的接觸壓力壓靠在玻璃纖維束上。該接觸壓力能夠為每一個滾動體單獨設定，或者將一個拉出單元的所有滾動體的接觸壓力設定成相同值，或者將該拉出設備的所有滾動體的接觸壓力大體上設定成相同值。
通過所述接觸壓力控制器以一種可控制的方式設定接觸壓力。由於是可控制的調節，接觸壓力可以以一種選擇性的方式分布在單個的滾動體上，因而能夠避免局部有大的接觸壓力。而且，能夠根據被拉出的玻璃纖維束的重量設定接觸壓力。上文關於本發明方法的描述在此作為參考。
特別有利的是，所述接觸壓力控制器包括一個阻尼元件。該阻尼元件具有一個比拉出設備的機構小些的剛度常數，以便它使其固有振動減振。在本發明的一個優選實施例中，該阻尼元件被設計成一個機械彈簧元件，比如一根扭簧。
特別有用的是設有一個樞軸裝置，通過該裝置，所述框架能夠相對於垂直方向樞轉一個傾角。如果被拉出的玻璃纖維束的中心軸線偏離垂直方向，通過該樞軸裝置，包括各自的拉出單元的拉出設備能夠相對於垂直方向被傾斜一個相應的角度。
而且，上述目的可以通過根據本發明的裝置來實現，從上述類型的裝置開始，所述滾動體的輥面摩擦係數在0.2至0.5範圍內。
至於所述滾動體的結構和布置以及術語「基準滾動體」和「輔助滾動體」的定義，在下文中也適用，上文關於本發明方法的描述在此作為參考。
根據本發明的裝置的特徵在於，滾動體具有一個摩擦係數在0.2至0.5範圍內的輥面。在輥面具有高的摩擦係數的情形下，一個小的接觸壓力就足夠用以產生一個合適的靜摩擦。然而，一個高的摩擦係數通常需要輥面具有一種顯著的表面結構，這可能導致損傷玻璃纖維束。通過使輥面具有一個低的摩擦係數，就可以避免這一缺陷。然而，這將需要一個高的接觸壓力用以產生足夠的靜摩擦，這也可能導致損傷玻璃纖維束。在這點上，使輥面具有上述範圍內的摩擦係數認為是一種合適的折中辦法。
諸如石棉、石棉的替代物或者SiC的材料特別適合用作輥面的材料。滾動體由所述材料組成，或者在它們的輥面區域內塗覆所述材料。所述材料也可以被用作金屬或者石墨的載體，比如，柵格，格子，紡織品，針織品或者類似物。除了具有高的耐磨性，具有高的耐熱性也是必要的。這裡，矽酸鈣和矽酸鋁可以作為上述石棉替代物的實例。
下面將結合實施例和附圖對本發明進行更詳細的描述，其中圖1是根據本發明的用於控制拉出設備轉矩的簡圖，用以實現本發明的垂直拉制方法；
圖2是在所述方法中用於控制接觸壓力的簡圖。
具體實施例方式
圖1為一簡圖，示出一種拉出設備，用於拉制一根具有一根垂直延伸的縱軸15的石英玻璃纖維束5，該拉出設備包括一個上拉出單元1和一個下拉出單元2。該上拉出單元1包括兩個拉出輥3，4，它們以相對的關係在一個固定的水平位置P1上被設置在一根石英玻璃束5上，並以相反的旋轉方向6在所述束上滾動。同樣，下拉出單元2包括兩個拉出輥7，8，它們以相對的關係在一個固定的水平位置P2上被設置在上述石英玻璃束5上，P1與P2之間的距離被設定為55cm。各自的相對的拉出輥3，4和7，8被以一個預定的接觸壓力壓靠在石英玻璃束5上，該接觸壓力相互地補償。
所述拉出輥3，4；7，8是初始標稱外徑為215mm及寬度為100mm的輥子，它們由鋁製成並且它們的圓柱形外輥面9是由一種矽酸鈣的塗層形成的。所述石英玻璃束5上的輥面的摩擦係數約為0.36。
下面結合附圖1所示的簡圖，對根據本發明的方法進行詳細的描述，該方法用於在拉出輥3，4；7，8在石英玻璃束5上滾動期間設定拉出輥3，4；7，8的轉矩。
作為該拉出設備的唯一被速度控制的拉出輥，拉出輥3構成了用於該拉出控制的「基準輥」。採用速度控制器，為拉出輥3預先確定一個標稱值N用以設定所述給定速度，如圖中輸入箭頭11所示。該標稱值N是根據必要的拉延速度得出的，它是用於控制石英玻璃束5外徑的控制器的操縱變量。在此實施例中，在石英玻璃束為90.1mm的情形下，可得到一個用於轉速為5.9rpm的基準輥的速度的標稱值N。
每一個拉出輥3，4；7，8被連接到一個單獨的速度控制器30上。用於基準輥3所需速度的標稱值N被通過連接線12提供到所述速度控制器30的一個輸入口。一個校正信號K被通過連接線14提供到第二輸入口，該校正信號K是根據對基準輥3的轉矩以及拉出輥4；7，8的各自轉矩的測量而得出的。
設有一個應變計傳感器(彎曲棒)13，用於測量基準輥的轉矩(如雙頭箭頭F所示意)。作用在基準輥3上的該轉矩F是根據石英玻璃束5的實際重量並結合該基準輥3的靜摩擦和外徑而得出的。所測量的轉矩值F用作該拉出設備的其餘拉出輥4；7；8的「設定點轉矩」，從而給所述校正信號K做出第一貢獻。
對所述校正信號K的第二貢獻來自其餘拉出輥4；7；8的轉矩的測量值。為此，在每一個拉出輥4；7；8上設有一個應變計傳感器33。根據石英玻璃束5的實際重量並結合各自拉出輥4；7；8的靜摩擦和外徑，在拉出輥4；7；8上也觀測到轉矩F。
對第一與第二貢獻之間的比較產生了所述校正信號K，該信號K被用於再調節拉出輥4；7；8上的轉矩F。為此，給每一個拉出輥4；7；8設有一個單獨的控制路徑31，用於將各自的轉矩F調節到所述預定的設定點轉矩。
上述速度和轉矩調節的結合確保該拉出設備的所有拉出輥3；4；7；8具有相同的圓周速度。所述設定點轉矩的變化(對於基準輥3的情形)，比如由於玻璃束5重量的變化，被立即感測到並被在其餘拉出輥4；7；8中考慮。還考慮到拉出輥4；7；8上的變化，這導致各自的轉矩F的變化，比如，外徑的減少，因而所述拉出輥4；7；8的轉矩F被再調節。
因而避免了對石英玻璃束5的表面的損傷，所述損傷是由拉出輥3；4；7；8之間的嚙合誤差造成的。
另外，拉出輥3，4；7，8通過接觸壓力壓靠在石英玻璃束5上，該接觸壓力被連續地監測和控制。下面將結合圖2所示的實例對該控制進行詳細描述。
圖2示出用於控制所述接觸壓力的控制器，是針對上拉出單元1的輥對而言的。通過拉出輥3；4在一個垂直於石英玻璃束5的縱軸15的方向上往復運動，拉出輥3；4以一個可調節的力壓靠在石英玻璃束5上，該力由方向箭頭34表示並且範圍在10至65kp之間，這裡，石英玻璃束5在一個垂直於圖面的方向上延伸，由方向箭頭16所示。為此，每一個拉出輥3；4被固定到一個載體17上。載體17被可滑動地支承在一個滑動軸承35上，載體可以在它們的水平面內通過一根皮帶19彼此相向移動或者相互遠離的移動，皮帶19繞著兩個輥子18運轉。在此實施例中，輥子18沿著圖中箭頭36所示方向的旋轉具有這樣的效果，即載體17以及拉出輥3；4被彼此相向地移動。輥子18由一臺電機20驅動旋轉。在該電機20與所述輥子18之間設置有一根扭簧21。
一個足夠用以截取石英玻璃束5的重量的靜摩擦是由拉出輥3；4的接觸壓力34產生的。必須觀測到一個最小的靜摩擦，低於該最小靜摩擦，石英玻璃束5將滑動。另一方面，希望一個儘可能小的接觸壓力34，用以避免損傷束的表面。因而，該接觸壓力34被設定如此高以致它產生-與石英玻璃束5結合-一個靜摩擦，該靜摩擦可靠地防止石英玻璃束5滑動，但是不超過一個預定的最大值(65kp)。該最大值由一臺計算機25饋送給一個控制電路37。
所述拉出輥3；4被一個10kp的初始接觸壓力34壓靠在石英玻璃束5上。當石英玻璃束5的重量升高直到按照所需的長度被切斷時，接觸壓力14連續地增大。為此目的，由計算機25計算石英玻璃束5的實際重量。接觸壓力34被永久地由測壓元件22測量，並且所述測量值的平均值被與一個期望值(線23)比較，該期望值由所述計算機25確定，這考慮到了被拉出的石英玻璃束5的實際重量。所得到的比較值被提供給所述控制電路37的一個控制器38而作為一個校正值K，該校正值K調節電動機20。根據石英玻璃束5的重量，接觸壓力34被增大-只要它小於所述預定的最大力-或者減小。
所述扭簧21具有一個比拉出設備的機構小些的剛度常數。因而，它防止了過調節的發生，特別是在調節參數突然變化的情況下，比如，在玻璃纖維束被按照一定長度切斷的時候。
用於開啟或者關閉拉出輥3；4的信號被一個存儲程序控制器(SPC)39預先確定，通過它，接觸壓力的標稱值也被預先確定。
在本方法的一種變型(未示出)中，用於保持玻璃束所需的接觸壓力被以一種可計算機控制的方式(計算機25)均勻地分布在兩個拉出單元1；2的拉出輥3；4；7；8上。為此，下拉出單元2設有一個相應的測量、控制和移動裝置，如圖2中所示的上拉出單元1那樣。這裡，下拉出單元2的拉出輥7；8將僅僅開始與石英玻璃束5嚙合，假如拉出輥3；4的接觸壓力34超過所述65kp的最大接觸壓力，或者假如其它原因，必需的接觸壓力在幾個拉出輥上的非均勻分布是合理的。拉出輥7；8一提供所述附加靜摩擦，拉出輥3；4的接觸壓力就以一種可計算機控制(計算機25)的方式再次降低到這樣一個水平，即所有拉出輥3；4；7；8產生相同的接觸壓力14。拉出輥7；8的接觸壓力也被調整了，這裡採用了一個控制器，如圖2所示。
而且，下拉出單元的拉出輥7；8也可以在一個垂直於石英玻璃束5的縱軸15的方向上總體上被移置，就是說通過包括載體17，輥子18，皮帶19以及電動機20的裝置。於是，拉出輥7；8的「徑向位置」是可變化的。因而，在石英玻璃束上升彎曲的情形下，所述拉出輥7；8能夠跟隨所述彎曲並能夠被以一種可計算機控制的方式在徑向上調節。或者，將一個「浮動墊」用於徑向調節，該浮動墊允許拉出輥7；8進行徑向滑動，而幾乎沒有任何摩擦阻力。這樣一種純機械的調節方式能夠被以比計算機控制方式調節更低的成本實現，並因而特別適用於一個第三平面的拉出輥。
拉出輥3；4；7；8的輥面9由一層矽酸鈣塗層形成。這是石棉的一種替代物，其特點是具有高的耐溫性和高的摩擦係數。對於石英玻璃束，所測量的摩擦係數約為0.36。另外，為了延長使用壽命，拉出輥3；4；7；8被冷卻。進行冷卻是指，用氮氣流對拉出輥3；4；7；8之上的石英玻璃束5的表面進行吹。
表1給出了在本發明的垂直拉制方法中速度、保持力和接觸壓力34的實際測量值的實例。
表1
這裡，保持力是各自拉出輥的轉矩的測量值。上述測量值是在拉制過程中的瞬時記錄值。從上述測量值可以明顯看出，在本發明的方法中並且由於對速度和轉矩(保持力)進行組合調節，可以在各自的拉出輥上為這些參數獲得不同的值。
權利要求
1.一種在垂直拉制工藝中生產圓柱形玻璃體特別是石英玻璃體的方法，包括一個方法步驟，其中，玻璃坯料被供應到一個加熱區，在該區被軟化，通過一個拉出設備以一種可控制的拉延速度從該軟化區拉出一個玻璃束，所述拉出設備包括一個第一拉出單元，該第一拉出單元具有在所述玻璃束上滾動並被分布在其圓周上的滾動體，所述滾動體由一個基準滾動體和至少一個輔助滾動體組成，拉延速度通過所述基準滾動體的速度被控制，其特徵在於所述基準滾動體(3)的轉矩值是根據被拉出的玻璃束(5)的重量確定的，所確定的值被用作一個設定點轉矩用於設定在所述至少一個輔助滾動體(4；7；8)上的轉矩。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述至少一個輔助滾動體(4；7；8)上的所述轉矩被設定為所述設定點轉矩。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於採用了一個拉出設備，該設備包括至少一個第二拉出單元(2)，該第二拉出單元具有多個滾動體(7；8)。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於所述至少一個第二拉出單元(2)的所述滾動體(7；8)在一個垂直於所述玻璃束(5)的縱軸(15)的方向上是可以移動的。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特徵在於所述至少一個第二拉出單元的所述滾動體被用作輔助滾動體(7；8)，其設定點轉矩被參照所述基準滾動體(3)的轉矩而設定。
6.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於所述滾動體(3；4；7；8)以一個可調節的接觸壓力(34)壓靠在所述玻璃束(5)上。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述接觸壓力(34)是根據被拉出的玻璃束(5)的重量設定的。
8.根據權利要求3和權利要求6或7任一項所述的方法，其特徵在於當所述第一拉出單元(1)的所述滾動體(3；4)上的接觸壓力超過一個預定最大接觸壓力時，所述第二拉出單元(2)的所述滾動體(7；8)被又開始與所述玻璃束(5)嚙合，或者與所述玻璃束(5)嚙合的所述第二拉出單元的滾動體上的所述接觸壓力被增大。
9.根據權利要求7或8任一項所述的方法，其特徵在於所述接觸壓力(14)的控制器包括一個阻尼元件(21)。
10.根據前述任一項權利要求所述的方法，其特徵在於所述滾動體(3；4；7；8)具有一個輥面(9)，輥面的摩擦係數在0.2至0.5的範圍內。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於所述輥面(9)包含石棉、石棉替代物或者SiC。
12.一種用於在垂直拉制工藝中生產圓柱形玻璃體特別是石英玻璃體的裝置，包括一個環形加熱元件，用於加熱和軟化玻璃坯料，包括一個拉出設備，該拉出設備具有一個框架，該框架將一個第一拉出單元保持在其上，該第一拉出單元具有在所述玻璃束上滾動並被分布在其圓周上的滾動體，所述滾動體由一個基準滾動體和至少一個輔助滾動體組成，所述基準滾動體被連接到一個速度控制器上用於設定所述拉延速度，其特徵在於設有一個用於在所述基準滾動體(3)滾動期間確定轉矩的裝置，以及一個用於將所述至少一個輔助滾動體(4；7；8)上的轉矩設定成一個設定點轉矩的裝置。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特徵在於所述拉出設備包括至少一個第二拉出單元(2)，該第二拉出單元具有多個滾動體(7；8)。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於所述第二拉出單元(2)被固定在所述框架上，所述至少一個第二拉出單元(2)的所述滾動體(7；8)被在一個垂直於所述玻璃束(5)的縱軸(15)的方向上可移動地支承在所述框架上。
15.根據權利要求13或14所述的裝置，其特徵在於所述第二拉出單元(2)的所述滾動體(7；8)被連接到一個用於設定所述轉矩的裝置(14)上。
16.根據權利要求12至15任一項所述的裝置，其特徵在於設有一個接觸壓力控制器(25；37；38)，通過該控制器，所述滾動體(3；4；7；8)被以一個可調的接觸壓力(34)壓靠在所述玻璃束(5)上。
17.根據權利要求16所述的裝置，其特徵在於所述接觸壓力控制器(25；37；38)包括一個阻尼元件(21)。
18.根據權利要求12至17任一項所述的裝置，其特徵在於設有一個樞軸裝置，通過該裝置，所述框架能夠相對於垂直方向樞轉一個傾角。
19.一種用於在垂直拉制工藝中生產圓柱形玻璃體特別是石英玻璃體的裝置，包括一個環形加熱元件，用於加熱和軟化玻璃坯料，包括一個拉出設備，該拉出設備具有一個框架，該框架將一個第一拉出單元保持在其上，該第一拉出單元具有在所述玻璃束上滾動並被分布在其圓周上的滾動體，所述滾動體由一個基準滾動體和至少一個輔助滾動體組成，所述基準滾動體被連接到一個速度控制器上用於設定所述拉延速度，其特徵在於所述滾動體(3；4；7；8)具有一個輥面(9)，所述輥面的摩擦係數在0.2至0.5的範圍內。
20.根據權利要求19所述的裝置，其特徵在於所述輥面(9)包含石棉、石棉替代物或者SiC。
全文摘要
在一種在垂直拉制工藝中生產圓柱形玻璃體的公知方法中，玻璃坯料在一個加熱區被軟化，並通過一個拉出設備以一種可控制的拉延速度拉出成為一個玻璃束，所述拉出設備包括一個第一拉出單元，該第一拉出單元具有在所述玻璃束上滾動並被分布在其圓周上的滾動體，所述滾動體由一個基準滾動體和至少一個輔助滾動體組成，拉延速度通過所述基準滾動體的速度被控制。由此開始，為了減少由拉出設備引起的玻璃束的表面損傷，並避免因現有的玻璃束彎曲法引起的變形，根據本發明建議，基準滾動體(3)的轉矩值應當根據被拉出的玻璃束(5)的重量確定，所確定的值應當被用作一個設定點轉矩用於設定在至少一個輔助滾動體(4；7；8)上的轉矩。
文檔編號C03B17/04GK1615278SQ02827474
公開日2005年5月11日 申請日期2002年1月23日 優先權日2002年1月23日
發明者T·博達恩, O·岡茨 申請人:赫羅伊斯·坦尼沃有限公司