DE2640547A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von ummantelten glasstaeben - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von ummantelten glasstaebenInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von ummantelten Glasstäben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ummantelten Glasstäben mit im wesentlichen gleichförmigem
Durchmesser durch Ziehen des Stabes aus einer Glasschmelze und eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, dass ummantelte Glasstäbe, d.h. Glasstäbe mit einem Stabkern aus Glas und einer Beschichtung
oder Ummantelung aus einem zweiten Glas mit einer Zusam-
- 2
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-Carmens et z-ung und optischen Eigenschaften, die von denen
des Glaskerns verschieden sind, weiter in ummantelte Fasern für die Verwendung als optische Lichtleiter in
der Faseroptik gezogen werden können.
Beim Ziehen einer optischen Faser aus einem vorgeformten
ummantelten Glasstab ist es wünschenswert sicherzustellen, dass keine Verunreinigung während der Herstellung des
ummantelten Stabes auftritt und dass der Stab einen im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser aufweist.
Die britische Patentschrift 1 313 1o6 betrifft die Herstellung
von ummantelten Glasstäben, bei welchen die Verunreinigung an der Grenzfläche zwischen dem Glaskern und
dem Glas der Ummantelung minimal ist und die geforderten
optischen Eigenschaften erreicht werden. Das hierfür beschriebene Verfahren zur Herstellung eines langgestreckten
ummantelten Glaskörpers besteht darin, dass in demselben Behälter eine geschmolzene Schicht aus einer ersten Glassorte
auf einer geschmolzenen Schicht aus einer zweiten Glassorte getragen wird, wobei die zwei Schichten durch
zwei ruhende Glasbäder "gebildet werden, von denen das eine in demselben Behälter über dem anderen liegt, dass
von der freien Oberfläche der oberen Schicht ein langgestreckter Körper gezogen wird, der aus einer äusseren Ummantelung
aus der ersten Glassorte auf einem Kern aus der zweiten Glassorte besteht, die an der Grenzfläche
zwischen den zwei Schichten mitgenommen wird, und dass der langgestreckte Körper durch Kühlen oberhalb der Oberfläche
der oberen Schicht stabilisiert wird. Ein Kühler, z.B. ein Wassermantelkühler, ist vorzugsweise so nahe wie
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möglich an der freien Oberfläche des Glases angeordnet,
um das Kühlen so zu bewirken, dass der langgestreckte Körper, d.h. der "ummantelte Glasstab, der nach oben gezogen
wird, schnell erstarrt.
Neben der relativen Viskosität der zwei Glassorten und
der Ziehgeschwindigkeit nach oben bestehen andere Faktoren, die den gesamtdurchmesser des ummantelten Stabes
und die radiale Dicke der Ummantelung steuern, in dem Abstand des unteren Endes des Kühlers von der freien
Oberfläche der oberen Glasschicht und in der Intensität der Kühlung.
Wenn das Verfahren zur Herstellung des ummantelten Glasstabes chargenweise durchgeführt wird, fällt der Spiegel
des geschmolzenen Glases in dem Vorratsbehälter oder der Wanne, aus welcher der Stab gezogen wird, während der
Stab gebildet wird, und es ist demzufolge notwerüig,
die Kühleinrichtung nach unten auf das geschmolzene Glas
zu zu bewegen, während der Glaspegel in dem Vorratsbehälter oder der Wanne sinkt.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von ummantelten Glasstäben, bei welchen eine verbesserte
Regelung des Durchmessers der Stäbe während des Ziehens der Stäbe bewirkt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass während des Ziehens des Stabes aus der Glasschmelze die
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Ziehgeschwindigkeit und der Durchmesser des gezogenen
Stabes gemessen und die Messwerte in der Weise zur Regelung des Durchmessers des gezogenen Stabes verwendet
werden, dass die Bewegung einer Kühleinrichtung zum Kühlen d;es gezogenen Stabes in die feste Form und die
Geschwindigkeit des Ziehens des Stabes aus der Glasschmelze gesteuert werden.
Die Regelung des Durchmessers des gezogenen Stabes kann
erreicht werden, indem ein Zwei-Kreis-Regelsystem verwendet wird, welches einen offenen Grob-Regelkreis, der
die Ziehgeschwindigkeit feststellt und die Bewegung der Kühleinrichtung steuert, und einen geschlossenen
Regelkreis hoher Verstärkung umfasst, der den Durchmesser des gezogenen Stabes feststellt und die Geschwindigkeit
steuert, mit welcher der Stab aus der Glasschmelze gezogen wird.
Die Grobregelung im offenen Kreis kann die Bewegung der Kühleinrichtung regeln, indem diese nach unten auf die
Glasschmelze zu synchron mit der Änderung des Pegels der Glasschmelze bewegt wird, während der Stab von der Oberfläche
der Schmelze gezogen wird.
Die Regelung mit hoher Verstärkung im geschlossenen Kreis kann die Geschwindigkeit, mit welcher der Stab von der
Glasschmelze gezogen wird, mit Hilfe eines Signals steuern, welches dem Durchmesser des gezogenen Stabes entspricht.
— 5 —
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Die Geschwindigkeit der Bewegung der Kühle inrichtung kann so reguliert werden, dass die Geschwindigkeit,
mit welcher der Stab gezogen wird, im wesentlichen konstant gehalten wird. Diese Regulierung der Geschwindigkeit
der Bewegung der Kühleinrichtung erfolgt vorzugsweise durch einen pcoportionalregelkreis, in welchem
ein Signal, welches einen Fehler im Durchmesser des Stabes anzeigt, mit einem Signal kombiniert wird, welches
eine Änderung in der Ziehgeschwindigkeit anzeigt.
Der Durchmesser des gezogenen Stabes kann auf - 5% des
ITenndurchmessers für Stäbe eines Durchmessers zwischen
1,5 mm und 8 mm geregelt werden.
Gegenstand der Erfindung sind ebenfalls eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens und Glasstäbe, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren gezogen wurden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
näher erläutert, deren einzige Figur ein Blockdiagranm
einer Vorrichtung zur Regelung des Durchmessers eines ummantelten Glasstabes während der Herstellung zeigt.
Die Vorrichtung ist für die Regelung einer Stabziehanlage ausgelegt, die aus einer Wanne 1 für das geschmolzene
Glas 2 besteht, aus welcher ein Stab 3 gezogen wird, der"dann mittels eines Mantelkühlers 5 zur Verfestigung
gekühlt wird. Da es sich um ein Chargen-Verfahren handelt,
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sind die Verfahrensparameiier zeitabhängig, d.h. der Abstand
zwischen dem Glasspiegel 4 und dem Mantelkühler 5
nimmt zu, während sich die Wanne leeict. Eine Grobregelung mit offenem Kreis wird dadurch erreicht, dass der Mantelkühler
5- nach unten auf das geschmolzene Glas 2 zu bewegt wird synchron mit der .Änderung der Höhe des Glaspegels 4·.
Diese Grobregelung des Verfahrens ermöglicht die Anwendung einer !Feinregelung des Durchmessers unter Verwendung eines
geschlossenen Kreises mit hoher Verstärkung. Ein Linear-Verschiebungswandler
6 liefert ein dem Stabdurchmesser proportionales Signal, welches die Geschwindigkeit des
Stabziehmotors 7 und somit einen Walzenantrieb 8 steuert,
der den Stab 3 nach oben zieht*
Der Wandler 6, der zum Messen des Stabdurchmessers verwendet wird, ist ein handelsüblicher Wandler mit einem Hub
von 2,5 mmj z.B. ein Sangamo Weston L.V.D.T.. Das Ausgangssignal
9 des Wandlers 6 wird mit einer vorgewählten Spannung 1o verglichen, indem beide einem Differenzverstärker
11 zugeführt werden. Die Differenz ist proportional der jeweiligen Änderung des Stabdurchmessers, wird in einem
Messinstrument 12 mit' in der Mitte liegendem Nullpunkt
angezeigt und einem proportional- und Integral-Regler 13
augeführt, dessen Ausgangssxgnal 14 über eine Leitung 28 einem Summierverstärker 16' zugeführt wird und die Geschwindigkeit
des Walzenantriebs 8 über den Motor 7 steuert.
Dadurch wird ein geschlossener Kreis hoher Verstärkung gebildet, in welchem die Geschwindigkeit, mit der der Stab
— 7 —
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gezogen wird, durch, ein Signal proportional zu dem Durchmesser
des gebildeten Stabes geregelt wird. Ein Signal 15 von eins? nicht dargestellten manuellen Steuerung kann zusammen
mit dem Ausgangs signal 14- über den Summierverstärker 16 dem Motor 7 zugeführt werden, um der Bedienungsperson
eine direkte Steuerung der Ziehgeschwindigkeit zu ermöglichen.
Ein Digitalgeber 17 erzeugt Aus gangs impulse mit Hilfe einer
rotierenden Scheibe, die längs ihres Umfanges Löcher aufweist, so dass sie das auf einen Fototransistor fallende
Licht unterbricht. Diese Scheibe wird durch den Walzenantrieb 8, der das Glas nach oben zieht, angetrieben. Die Impulsfrequenz
ist proportional der Geschwindigkeit des Glasstabes
und, wenn ein konstanter Durchmesser vorausgesetzt wird, der Glasflussmenge aus der Wanne 1. Das Digitalgeber-Signal
steuert einen Digitalkurvengenerator 18, der die Impulse
zählt, die von dem Digitalgeber kommen, und nach einer vorgewählten Anzahl die Ausgangs spannung längs einer Kurve
verschiebt.
Zweckmässigerweise wird der Zug der Digitalgeberimpulse
bis hinunter zu einem Impuls pro Meter gezählt. Die Anzahl der Meter des Stabes, die zwischen den einzelnen Schritten
gezogen wird, kann vorgewählt werden.
Die Steuerung der Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Mantelkühlers 5 erfolgt über einen Antrieb 19 entsprechend dem
Ausgangs signal 2o eines Dif f erenzveisbärkers 21, der von
dem Digitalkurfaengenerator 13 gespeist wird.
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Dadurch wird eine Grobregelung mit offenem Kreis gebildet,
die den Mantelkühler synchron mit der .Änderung des Pegels
des geschmolzenen Glases in der Wanne 1 auf das geschmolzene Glas zu nach, unten bewegt.
Es kann ebenfalls ein Signal 22 von einer nicht dargestellten
manuellen Steuerung aisammen mit dem Ausgangs signal 2o
über einen Summierverstärker 23 dem Antrieb 19 zugeführt
werden, um der Bedienungsperson eine direkte Steuerung der Geschwindigkeit des Mantelkühlers zu ermöglichen.
Es ist angestrebt, dass das Regelsystem so ausgebildet ist,
dass es die Antriebsgeschwindigkeit des Mantelkühlers in der Weise steuert, dass die Geschwindigkeit des Stabziehmotors
im wesentlichen konstant gehalten werden kann.
Dies kann durch ein erstes System erreicht werden, welches die Form eines Proportional-Regelkreises hat, wobei der
Fehler im Durchmesser und die daraus folgende .Änderung in der Ziehgeschwindigkeit verwendet werden, um die Geschwindigkeit
.des Antriebsmotors für den Mantelkühler zu steuern. Das heisst, wenn der Durchmesser zunimmt, wird der Ziehmotor
beschleunigt, die Geschwindigkeitszunahme des ZiSi- ·
motors wird festgestellt und dazu verwendet, die Geschwindigkeit des Motors .des Mantelkühlers zu verringern, wodurch
schliesslich ermöglicht wird,, dass der Zaäunotor auf seine
anfängliche Geschwindigkeit abgebremst wird, welche auf diese Weise im wesentlichen konstant gehalten wird.
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-Sg-
In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der Fehler im. Durchmesser über eine Leitung 24, einen
Summierverstärker 25 und eine Leitung 26 zu dem Summierverstärker
23 geführt. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass der Integralregler 13 in die Sättigung kommen kann,
wenn der'Fehler im Durchmesser zu gross" wird und die dann
erforderliche Änderung in der Ziehgeschwitidigkeit zu hoch
wird. Um die Wahrscheinlichkeit einer Sättigung des Integralreglers
13 zu verkleinern, wird dessen Ausgangssignal über eine Leitung 27 zu dem Summierverstärker 25
und somit über die Leitung 26 zu dem Verstärker 23 geführt. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Einstellung
des Mantelkühlers 5 bewirkt, die die Reduzierung des Fehlers im Durchmesser und die Konstanthaltung der Ziehgeschwindigkeit
unterstützt.
Ein zweites System besteht in einer Übersteuerungssicherung,
die in Betrieb gesetzt wird, wenn die Änderung der Drehzahl des Ziehmotors eine festgesetzte Schwelle überschreitet
(z.B. 2 Umdrehungen pro Minute). Der Antriebsmotor für den Mantelkühler wird bei maximaler Drehzahl entweder einwärts
oder aufwärts für eine feste Zeit (z.B. 8 bis 2o Sekunden) eingeschaltet. Bach einer Verzögerung, die beispielsweise
o,3 bis 2,3 m des Stabeu entspricht, wird dieser Vorgang
wiederholt, bis die Änderung in der Drehzahl des Ziehmotors unter die Einschaltschwelle verringert ist.
Bei Verwendung einer oben beschriebenen Regelvorrichtung ist es möglich, unter Verwendung des in der britischen
Patentschrift 1 313 106 beschriebenen Verfahrens ummantelte
Glasstäbe mit einem im wesentlichen konstanten Durchmesser herzustellen. Änderungen von - 5% des Hanndurch-
- 1o -
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messers können bei Stäben mit einem Durchmesser im Bereich
von 1,5 mm "bis 8 mm erhalten werden.
In der folgenden Tabelle sind Beispiele von GlasSorten angegeben,
die für den Stabkern und den Stabmantel verwendet werden können :
Oxidbestandteil
SiO2 PbO
Na2O
Ai2O3
O^ 3
Sb0O,
| Mantelglas (Gewichts %) |
Kernglas (Gewichts %] |
| 56.45 | 45.3 |
| 3o.5o | 45.92 |
| 3.9o | ■ ' 2.52 |
| 8.4o | 6.29 |
| o.5o | — |
| o.2o | o.2o |
| o.2o |
Solche Stäbe können.anschliessend.geprüft und zu optischen
Fasern gem. einem Verfahren gezogen werden, wie es in der am gleichen Tag eingereichten Patentanmeldung gem. der
britischen Patentanmeldung Nr. 37 825/75 vom 15.9·1975
beschrieben ist.
- 11 -
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Leerseite
Claims (1)
- PatentansprücheVerfahren zur Herstellung von ummantelten Glasstaben mit im wesentlichen gleichförmigem Durchmesser durch Ziehen des Stabes aus einer Glasschmelze, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ziehens des Stabes aus der Glasschmelze die Ziehgeschwindigkoit und der Durchmesser des gezogenen Stabes gemessen und die Messwerte in der Weise zur Regelung des Durchmessers des gezogenen Stabes verwendet werden, dass die Bewegung einer Kühleinrichtung zum Kühlen des gezogenen Stabes in die feste Form und die Geschwindigkeit des Ziehens des Stabes aus der Glasschmelze gesteuert werden.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Durchmessers des gezogenen Stabes dadurch erreicht wird, dass ein Zwei-Kreis-Regelsystem verwndet wird, welches eine Grobregelung im offenen Kreis, welche die Ziehgeschwindigkeit feststellt und die Bewegung der Kühleinrichtung steuert, und eine Regelung mit hoher Verstärkung im gescöbssenen Kreis umfasst, die den Durchmesser des gezogenen Stabes feststellt.und die Geschwindigkeit steusct, mit welcher der Stab aus der Glasschmelze gezogen wird.- 12 -09812/0 / ö 9Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobregelung im. offen--ii Kreis die Bewegung der Kühleinrichtung steuert, indem diese abwärts auf die Glasschmelze zu synchron mit der Änderung des Pegels der Glasschmelze "bewegt wird, während der Stab von der Oberfläche der Sdinelze gezogen wird.4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung mit hoher Verstärkung im geschlossenen Kreis die Geschwindigkeit, mit welcher der Stab von der Glasschmelze gezogen wird, mit Hilfe eines Signals steuert, welches dem Durchmesser des gezogenen St ab e s ent spr ic ht.5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Bewegung der Kühleinrichtung so geregelt wird, dass die Geschwindigkeit, mit welcher der Stab gezogen wird, im wesentlichen konstant gehalten wird.6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Geschwindigkeit der Bewegung der Kühleinrichtung durch einen Propational-Regelkreis erfolgt, in welchem ein Signal, welches einen Fehler im Durchmesser des Stabes wiedergibt, mit einem Signal kombiniert wird, welches eine Änderung der Ziehgeschwindigkeit wiedergibt.709812/07697· Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 "bis 6, dadurcli gekennzeichnet, dass der Durchmesser des gesogenen Stabes auf - 5% des Nenndurchmessers für Stäbe mit einem Durchmesser zwischen 1,5 mm und 8 mm geregelt wird.8. Vorrichtung zur Herstellung von ummantelten Glasstäben mit im wesentlichen gleichförmigem Durchmesser durch Ziehen des Stabes aus einer Glasschmelze mit einer Einrichtung zum Kühlen des ais der Schmelze gezogenen Stabes, gekennzeichnet durch einen offenen Regelkreis mit einer Einrichtung zur Feststellung der Zieh.gesch.vjindigkeit und einer Einrichtaig zur Steuerung der Bewegung der Kühleinrichtung und durch einen geschlossenen Regelkreis hoher Verstärkung mit einer Einrichtung zur Feststellung des Durchmessers des gezogenen Stabes und einer Einrichtung zur Steuerung der kjiehgeshwindigkeit des Stabes.709812/0769
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