DD267156A3 - Verfahren und Messanordnung für das Verschmelzen von Glasteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messanordnung fuer das fehlerfreie Verchmelzen von vorzugsweise rotationssymmetrischen Glasteilen mit geometrischen Abweichungen, vorzugsweise Schwankungen der Wanddicken, in der Verschmelzzone. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der beim Verschmelzen entstehende Verschmelzrand mit einem optoelektronischen, vorzugsweise zeilenfoermigen Sensorelement abgetastet, die vom Sensorelement gelieferten Signale ausgewertet und die Zufuhr der zum Verschmelzen notwendigen Energie geregelt wird. In Fig. 1 sind das Verfahren und die verwendete Messanordnung prinzipiell dargestellt. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet dor Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßanordnung zum Einsatz in Fertigungsprozessen, bei denen rotationssymmetrisch*) Glasteile unterschiedlicher Geometrie) durch einen Einschmelzvorgang verbunden werden, insbesondere ein Verfuhren zum Verschmelzen von Pumpröhrchen und Außenkolben sowie von Innen- und Außenkolben boi der Herstellung von Isoliergefäßen.

Charakterisierung des Standes der Technik

Verfahren zum Verschmelzen von Glasteilen, denen eine Energiemenge zum Verschmelzen über 8rer»nerflammen zugeführt wird, siiid seit langem bekannt. Bei der Herstellung von Glasteilen, insbesondere bei der Herstellung von Außen- und Innenkolben für Isolierbehälter lassen sich Schwankungen der Wanddicken sowohl innerhalb eines Glaskolbens als auch

verschiedener Kolben gleicher Charge nicht vormei'ion. Bei derzeit angewendeten Fertigungsvorfahron, beispielsweise zum Verschmelzen von Außenkolben und Pumpröhrchen oder von Innen- und Außenkolben, werden die Bearbeitungsmaschinen kontinuierlich mit den zu verbindenden Teilen beschickt und in einzelnen Stufen bearbeitet. Dabei werden die zu verbindenden Teile mit Hilfe von Brennerflammen großflächig erwärmt und mechanisch zueinander positioniert. Der eigentliche Verschmelzvorgang erfolgt derart, daß nach durchgeführter Erwärmung und mechanischer Positionierung der Teile mit Hilfe von Brennerflammen eine räumlich eng auf den Verschmelzbereich begrenzte Energiezufuhr vorgenommen wird. Die zum fehlerfreien Verschmelzen den Glasteilen zuzuführende Energiemenge wird von verschiedenen Faktoren beeinflußt. Es sind dies in erster Linie die mit der Wanddicke im Vorschmclzbereich in Zusammenhang stehende Wärmekapazität der Glasteile, die spezifischen Eigenschaften des verwendeten Glasmaterials und die durch Umgobungsbedingungen beeinflußte Temperatur der Glasteile unmittelbar vor dem Fügeprozeß. Durch geeignete Vorrichtungen an den Bearbeitungsmaschinen sind diese prinzipiell zur Verarbeitung von Glastoilen unterschiedlicher aber jeweils konstanter Wanddicken und Materialeigenschaften einrichtbar. Aus Prospektmatorial und Arbeitsanweisungen für die entsprechenden Bearbeitungsmaschinen ist bekannt, zur genauen Einstellung der Energiezufuhr bei Brennerflammen manuell zu betätigende Nadelventile anzuordnen und die zur Energiezufuhr zum Verschmelzen der Glasteile verwendeten Brennor in ihrer Relativlage zu don zu verbindenden Glasteilen justierbar auszuführen. Damit läßt sich beim Einrichten der Bearbeitungsmaschine die den Glasteile zugoführte Energiemenge in relativ großen Bereichen ändern. Da sich, wie beroits eingangs erwähnt, bei der Herstellung von Glasteilen Schwankungen der die zuzuführende Energiemenge im wesentlichen bestimmenden Wanddicke nicht vermeiden lassen, tritt bei derzeit verwendeten Verfahren häufig Ausschuß auf. Die fehlerhaften Teile sind bei Zuführung einer für die ordnungsgemäße Verschmelzung der Teile zu geringen Enorgiomenge durch einen nicht oder nur unvollständig ausgebildeten Verschmelzrand gekennzeichnet. Bei Zuführung einer zu großen Energiemenge wird der bereits gebildete Verschmelzrand wieder zerstört. In jedem dieser beiden aufgeführten Fälle sind die zum Einsatz kommenden Glasteile Ausschuß und aus dem laufenden Prozeß auszusondern. Andere, di>s Vorfahren ebenfalls beeinflussende Parameter, vor allem Änderungen von Heizwert und Druck des verwendeten Gas-Sauerstoff-Gemischs, bleiben bei bekannten Verfahren nach erfolgtor Einrichtung der Maschine ebenfalls unberücksichtigt. Eine Verbesserung der Qualität und eine Senkung des Ausschusses ist unter den Gegebenheiten demzufolge nur durch gezielte Überwachung und Beeinflussung, wesentlicher, den Fertigungsprozaß bestimmender Parameter möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum fohlerfreien Verschmelzen von Glastoilen mit großen geometrischen Abwe'chungen von bestimmten geforderten Nennmaßen, vorzugsweise Schwankungen der Wanddicke im Verarbeitungsbereich, ζ j schaffen, das mit Hilfe einor speziollen Meßanordnung für bestimmte Prozeßparameter eine Senkung des Ausschusses und ei^r<e Erhöhung der Qualität der Verschmelzzone der verbundenen Glasteile ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verschmelzen von vorzugsweise rotationssymmetrischen Glasteilen zu entwickeln, bei dom der Verschmelzvorgang von GIa' Ίβη unterschiedlicher geometrischer Abmessungen und Wanddicken hinsichtlich bestimmter physikalischer Prozeßparameter überwi ent und in Abhängigkeit von diesen beeinflußt wird, sowie eine Anordnung zur Messung der Parame'rtr für die Überwachung des Verschmelzvorgangs zu schaffen. Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß geeignete Parameter des physikalischen Zustande eines sich zwischen den Glasteilen bildondon Verschmelzrandes periodisch innerhalb bestimmter Zeitintervalle gemessen und ausgewertet werden und über Signale die Energiezufuhr zum Erhitzen der Glasteile regeln. Dabei werden die den jeweiligen physikalischen Zustand des Verschmelzrandes charakterisierenden Parameter, das heißt die ortlich und zeitlich sich ändernde Intensität der durch don Vorschmelzrand emittierten elektromagnetischen Strahlung und die Geometrie des Verschmelzrandes, vorzugsweise dessen Durchmesser und/oder Höhe, gemessen. Die Intensität der emittierton elektromagnetischen Strahlung und die Geometrie des Verschmelzrandes werden mit einem optoelektronischen Sensorolement erfaßt, das vom Sensor gelieferte Ausgangsignal einer Einrichtung zur Signalverarbeitung zugeführt und von dieser ausgewertet. Die Auswertung erfolgt derart, daß das vom Sonsorelement gelieferte und der Einrichtung zur Signalverarbeitung zugeführte Ausgangssignal in dieser mit Sollwerten der Prozeßparameter verglichen und bei Übersc'ireiten der Sollwerte die, vorzugsweise in Form eines Gas Sauerstoff-Gemischs vorgenommene Energiezufuhr, vorzugsweise die Brenn- und/oder Sauerstoffzufuhr, mittels Stollglieder gedrosselt wird.

Erfindungsgemäß ist die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Meßanordnung dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensorelement mit einnr vorgeschalteten Optik in einer für die Meßwertaufnahme geeigneten Relativlage zum als Strahlungsquelle sich bildenden Verschmelzrand der Glasteile angeordnet ist. Das verwendete Sensorelement besitzt eine aus diskreten Bildpunkten bestehende strahlungsempfindliche Struktur mit matrix- oder vorzugsweise zellenförmiger Anordnung. Es ist so angeordnet, daß eine durch benachbarte Bildpunkte bestimmte Längsrichtung der strahlung?empf indlichen Struktur in einem bestimmten Kreuzungswinkel zur optischen Achse, vorzugsweise in einem Winke! von 90°, und in einem bestimmten Kreuzungswinkel zur Längsachse der zu verbindenden Glasteile, vorzugsweise parallel dazu oder in einem Winkel von 90°, steht. Die durch die abbildende Optik bestimmte optische Achse ist zur Längsachse der zu verschmelzenden Glasteile in einem bestimmten Kreuzungswinkel, von vorzugsweise 90°, angeordnet. Während des Verschmelzvorganges befindet sich das Sensorelement bezüglich der Längsachse der zu verschmelzenden Glasteile vorzugsweise in Ruhe. Durch die erfindungsgemäßo Lösung wird ein fehlerfreies Verschmelzen von Glasteilen mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen in einem größeren Toleranzbereich als bisher möglich. Dadurch wird eine Senkung des Ausschusses und eine Erhöhung der Qualität der Verschmelzstelle erreicht. Weiterhin können damit während des Verschmelzprozesses auftretende Schwankungen, vorzugsweise die Änderung von Umgebungstemperatur und Schwankungen von Druck und Heizwert des zur Energiezufuhr für den Verschmelzprozeß verwendeten Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs weitgehend kompensiert werden.

Die' Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Zeichnungen erläutert werden, ist jedoch nicht auf dieses beschränkt. Es zeigen:

Fig. 1: Eine schematische Darstellung dos Verfahrens zum Verschmelzen von Glaskolben und Pumpröhrchon bei Isoliergefäßen Fig. 2: Eine Meßanordnung zur Erfassung physikalische Parameter des Verschmelzrandes beim Verschmelzen von Pumpröhrchon und Glaskolben für Isoliergefäße,

Die Flamme 7 eines Brenners 6 heizt ein Glasteil 1, vorzugsweise einen Glaskolben im Bereich der Verschmelzzono, das heißt der Berührungsstelle des Glasteils 1 mit einem anderem Glasteil 2, vorzugsweise eines Pumpröhrchcns, über die Erweichungstemperatur des Glases auf. Es bildet sich ein Verschmelzrand 3 aus, dessen Geometrie (Höho, Durchmesser), Temperatur und Viskosität des Glases von der Wanddicke der zu verschmelzenden Glasteile 1; 2 sowie von der Intensität und Zeitdauer der Energiezufuhr bestimmt werden. Ein optoelektronisches Sensorelement 5 mit einer vorgeschalteten abbildenden Optik 4 erfaßt zyklisch Bildinformationen über den Durchmesser 12 und die Intensität der elektromagnetischen Strahlung des sich bildenden Verschmelzrandes 3. Mit Hilfe eines als Einrichtung zur Signalverarbeitung 8 dienenden Mikrorechners werden der gemessene Durchmesser 5 und die gemessene Strahlungsintensität des Verschmolzrandes 3 mit vorgegebenen, in vorangegangenen Versuchen ermittelten Sollwerten verglichen. Bei Erreichen der geforderten Sollwerte wird mittels eines Stellgliedes 9 für Sauerstoff und eines Stellgliedes 10 für Brennstoff die Brenn- und Sauorstoffzul jhr auf das zur ilrnaltung der Flamme notwendige Minimum reduziert. Bei Anwendung des Verfahrens entsteht eine gleichmäßige und dichte Vorsc nme'"jng der Glasteile 1; 2, vorzugsweise des Glasaußenkolbens mit dem Pumpröhrchen oder des Halses bei Außen- und Innenkolben von Isoliergefäßen, auch bei großen Schwankungen der den Fertigungsprozeß beeinflussenden Parameter. Ein zellenförmiges optoelektronisches Sensoreloment 5 mit der vorgeschalteten abbildenden Optik 4 befindet sich während des Verschmelzvorganges gegenüber der Längsachse 14 der zu verschmelzenden Glasteile 1; 2 in Ruhe und ist so angeordnet, daß der maximal mögliche Durchmesser 12 des Verschmelzrandes 3 der Glasteile 1; 2 vollständig erfaßt wird. Das zellenförmige optoelektronische Sensorolemont 5 mit der vorgeschalteten abbildenden Optik 4 ist vorzugsweise so ausgerichtet, daß der Durchmesser 12 in der Mitte der Höhe 11 des Verschmelzrandes 3 gemessen wird. Dabei beträgt der Kreuzungswinkel 15 zwischen der Längsachse 14 der Glasteile 1; 2 und der optischen Achse 13 vorzugsweise 90°. Das optoelektronische Sensorelemont 5 ist über die Einrichtung zur Signalverarbeitung 8 mit den Stellgliedern 3; 10 für die Sauerstoff- und Brennstoffzufuhr gekoppelt, wodurch eine entsprechende Einstellung der Energiezufuhr zur Flamme 7 des Brenners 6 vorgenommen wird. Mit Hilfe dieser Anordnung sind als geeignete Parameter z'jr Durchführung eines Verfahrens zum fehlerfreien Verschmelzen von Glasteilen, vorzugsweise eines Verfahrens zum Verschmolzen von Glaskolben und Pumpröhrchen oder zum Verschmelzendes Außen- und Innenkolbens von Isoliergefäßen der Dirchmesser 12 und die Strahlungsintensität des Verschmelzrandes 3 meßbar.

Claims (9)

1. Verfahren für das Verschmelzen von Glasteilen, vorzugsweise für die Herstellung von Isoliergefäßen, wobei die Glasteile vorgewärmt, zueinander positioniert, erhitzt und verschmolzen werden, dadurch gekennzeichnet, daß geeignete Parameter des physikalischen Zustands eines sich bildenden Verschmelzrandes (3) der Glasteile (1; 2) periodisch innerhalb bestimmter Zeitintervalle gemessen und ausgewertet werden und über Signale die Energiezufuhr für das Schmelzen des Glases regeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die örtlich und zeitlich sich ändernde Intensität der von dem sich bildenden Verschmelzrand (3) ausgesandten elektromagnetischen Strahlung und die Geometrie des Verschmelzrandes (3), vorzugsweise dessen Durchmesser (12) und/oder dessen Höho (11), gemessen werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der elektromagnetischen Strahlung und die Geometrie des Verschmelzrandes (3) der Glasteile (1; 2) mittels eines optoelektronischen Sensorelements (5) erfaßt werden und das Ausgangssigna! des optoelektronischen Sensorelements (5) einer Einrichtung zur Signalverarbeitung (8) zugeführt und von dieser ausgewertet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Werte für Geometrie und Strahlungsintensität des Verschmelzrandes (3) der Glasteile (1; 2) in der Einrichtung zur Signalverarbeitung (8) mit Sollwerten verglichen und bei Überschreiten derselben die Energiezufuhr vorzugsweise die Brenn- und/oder Sauerstoffzufuhr, zum Schmelzen der Glasteile (1; 2) mittels Stellglieder (9; iO), gedrosselt wird.

5. Meßanordnung für das Verschmelzen von vorzugsweise rotationssymmetrischen Glasteilen (1; 2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektronische Sensorelement (5) mit einer vorgeschalteten abbildenden Optik (4) in einer für die Meßwertaufnahme geeigneten Relntivlage zum als Strahlungsquelle sich bildende Verschmelzrand (3) angeordnet ist.

6. Meßanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektronische Sensorelement (5) eine aus diskrete η Bildpunkten bestehende strahlungsempfindliche Struktur mit matrix- oder vorzugsweise zellenförmiger Anordnung besitzt.

7. Meßanordnung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch benachbarte Bildpunkte des Sensorelements (5) bestimmte Längsrichtung der strahlungsempfindlichen Struktur in einem bestimmten Kreuzungswinkel zur optischen Achse (13), vorzugsweise in einem Winkel von 90°, und in einem bestimmten Kreuzungswinkel zur Längsachse (14) der zu verbindenden Glasteile (1; 2), vorzugsweise parallel oder in einem Winkel von 90°, angeordnet ist.

8. Meßanordnung nach den Ansprüchen 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (13) der dem Sensorelement (5) vorgeschalteten abbildenden Optik (4) und die Längsachse (14) der zu verschmelzenden Glasteile (1; 2) in einem bestimmten Kreuzungswinkel (15), vorzugsweise in einem Winkel von 90°, zueinander angeordnet sind.

9. Meßanordnung nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich das optoelektronische Sensorelement (5) mit der vorgeschalteten abbildenden Optik (4) bezüglich der Längsachse (14) der zu verschmelzenden Glasteile (1; 2) während des Verschmelzvorganges in Ruhe befindet.