专利名称：用于坩埚喷嘴板的加固构件和加固该板的方法
技术领域：
本发明总体涉及用于在高温下由一种流体材料如玻璃形成纤维的坩埚(bushing)，尤其涉及一种加固坩埚喷嘴板(tip plate)以延长其使用寿命的改进方法。
背景技术：
各类用于在高温下由一种流体材料如玻璃形成纤维或长丝的坩埚或坩埚组件在本领域中是众所周知的。通常，该坩埚或坩埚组件包括一个具有侧壁和端壁的矩形坩埚主体。同时，该侧壁和端壁用作一个支架，以支撑或承载一个或多个通常是长条板状的结构，其一般由铂或其合金形成，具有多个小喷孔或“喷嘴(tip)”。这些喷嘴在熔融物料从一个上游源比如前床流过坩埚主体时接纳它。为了帮助在物料进入并流过这些喷嘴时将其保持在熔融状态下，对这些板进行加热，通常将它们电连接到一个高强度电源比如一个变压器上。当熔融玻璃物料流流出喷嘴时，它们被机械地拉丝以形成连续的纤维，后者被卷绕在心轴或粗纱架上或直接割断以进行随后的加工或使用。共同转让给Bobba的美国专利5709727和转让给Carey的美国专利3920430对所采用的基本设置和操作方法作了详细说明，其内容在此引入并用。
为了提高整体纤维成形操作的输出量和效率，当然希望通过喷嘴板形成数目最多的纤维。为此，喷嘴板在理论上会在宽度和长度尺寸上都制得无限大。不过，却产生了几个普遍认识到的问题，尤其当喷嘴板的宽度尺寸相对于长度尺寸明显增大时。
也许最普遍的问题是使用寿命的急剧缩短，其是由将喷嘴板的尺寸尤其是宽度尺寸增加到使纤维输出量明显增大所必要的程度引起的。喷嘴板通常在俯视图中看为矩形，其四个侧边被直接焊接到矩形坩埚主体的相对侧壁和端壁上。当喷嘴板的宽度尺寸相对于长度尺寸增加时，该板基本上充当一个支撑在侧面和端部的简支梁，在“中部”(也即离相应坩埚主体的侧壁和端壁最远的那部分)无直接的支撑。因长时间与高度熔融的物料接触作用在喷嘴板上的显著的弯曲应力就会造成因随时间变化的塑性变形即蠕变引起的下垂。该下垂现象是有害的，主要是因为它导致喷嘴板上的热分布不均匀，并伴随生产出直径相差较大的纤维。也就是说，极端温度造成一些坩埚喷嘴变得太冷以致不能使纤维变细，而其它喷嘴过热造成纤维成形不稳定。两种情况都造成了纤维的断裂以及转换效率上的损失。
因此，通过缩小板的宽度尺寸来减小蠕变效应并延长使用寿命。不过，在仅使用单块窄宽度的喷嘴板时却不期望地减小了输出量并相应地增加了成本。并且，在长时间使用过后，即便是单块的窄宽度的喷嘴板最终也会因蠕变造成下垂、纤维输出不均匀以及纤维断裂率增加。
在提高坩埚喷嘴板的使用寿命以克服该问题和其它问题所作的努力中，本受让人先前采用了由铂或铂合金形成的加固构件，术语称作“加力板”。这些加力板通常以隔开的间隔沿着喷嘴板的上表面(也即，在坩埚主体的侧壁之间)沿宽度方向延伸，一般具有形状与“T”或倒置“L”相对应的横剖面。在使用时，由每块加力板的连接板形成的下垂的“支脚”直接固定在喷嘴板的上表面上，比如通过激光或钨极惰性气体(TIG)焊接。
虽然这些加力板用于延长喷嘴板的使用寿命，甚至包括在窄宽度喷嘴板的情况下，但取得的效益仍是有限。尤其是，横剖面为T形或倒置L形的加力板同样和下面的喷嘴板一样容易受到因弯曲应力和蠕变引起的下垂影响。这是因为，加力板在提供一定加固强度的同时，还起简支梁的作用，这样就如在未受支撑的喷嘴板中那样在跨距中点经受最大程度的偏斜。换句话说，不管加固成怎样，最大或峰值应力乃至最大或峰值垂度仍会出现在远离侧壁和端壁的喷嘴板的中部。因此，就需要一种着眼于进一步延长其使用寿命的加固喷嘴板的改进方法，包括那些现有的坩埚设计(有或没有加力板)。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种加固构件，它用于一个具有板状结构的坩埚组件，该板状结构包括多个用于由一种流体材料形成纤维的喷孔。该构件包括一个主体，该主体包括一个第一部分和一个第二部分，该第一部分连接在该结构上，而该第二部分具有一个变化高度的型面，包括至少一个顶端。该主体变化高度的型面和至少一个顶端有助于加固该板状结构以防下垂并延长其使用寿命，而不会过度使用合金。
在一个实施例中，该加固构件是由一个材料单件组成的，该包括第一和第二部分的主体具有倒置L形、T形或F形的横剖面。该主体的第二部分可具有倒置V形、倒置W形或弓状的型面。优选的是，该主体具有包括一个中点的长度，该至少一个顶端基本上位于该中点。该中点也可位于固定有该主体第一端和第二端的坩埚组件的间隔开的侧壁之间或外部支撑点之间。
在其它实施例中，该主体包括一个第一构件，其限定连接到该结构上的第一部分，一个与该第一构件连接的第二构件，其限定该第二部分并具有带该至少一个顶端的变化高度的型面。该第一构件可具有T形或倒置L形的横剖面。同样，该第二构件可具有T形或倒置L形的横剖面，并可由一个或多个部件形成。此外，该第二部分可具有弓状型面、倒置V形型面或倒置W形型面，均包括该至少一个顶端。优选的是，该第二构件包括一块连接板，其一端被直接焊接在该第一构件的上表面上，并且可选地具有限定两个或更多顶端的型面。在任何实施例中，该主体的第一部分或第二部分可包括多个处在关键位置上的开口。这些开口用于减小制造加固构件所需的材料量而不会损害其强度。
根据本发明的第二个方面，公开了一种用于在高温下由一种流体材料形成许多纤维的坩埚组件。该组件包括一个结构，其具有多个喷孔，流体材料流过这些喷孔以形成纤维，以及至少一个加固构件。该加固构件包括一个第一部分和一个第二部分，该第一部分连接在该结构上，而该第二部分具有一个变化高度的型面，该变化高度包括至少一个顶端。该加固构件包括至少一个顶端的变化高度提高了该结构抗下垂的阻力并延长了其使用寿命，同时最大程度地减少了供加固用的贵金属量。
该纤维成形结构一般为板状，具有不同的宽度和长度尺寸以形成矩形形状。在一个实施例中，至少一个加固构件沿板的宽度延伸，优选多个独立的间隔开的加固构件沿着该板状结构宽度方向延伸。该纤维成形结构还具有一个上表面(熔融玻璃材料与该表面接触)，各个加固构件的第一部分可焊接在其上。每个加固构件可由材料单件或至少两个固定在一起的材料件制成，比如通过焊接。
根据本发明的第三个方面，提供了一种用于一个坩埚组件的加固构件部分，该坩埚组件具有一块纤维成形喷嘴板，后者包括至少一块现有的加力板。该加固构件部分包括一个主体，其连接在该加力板上并具有包括至少一个顶端的变化高度的型面。该加固构件部分的变化高度和该至少一个顶端有助于加固该加力板乃至该喷嘴板至少相邻的部分以防下垂，这就延长了其使用寿命，同时最大程度地减少了供加固用的贵金属量。
在一个实施例中，该加力板具有一个基本平坦的上表面，该加固构件部分的主体包括一块连接板，其第一端被焊接在该加力板的上表面上。该主体可具有T形或倒置L形的横剖面，该主体的型面可从弓状型面、倒置V形型面或倒置W形型面中选择。
根据本发明的第四个方面，公开了一种用于由一种供应给坩埚的流体材料形成纤维的结构的加固方法。该方法包括将至少一个加固构件固定到该结构上，所述加固构件包括一个第一部分和一个第二部分，该第一部分连接在该结构上，而该第二部分具有一个变化高度的型面，所述变化高度包括至少一个顶端。该加固构件包括至少一个顶端的变化高度提高了该结构抗弯曲应力的阻力并延长了其使用寿命，同时最大程度地减少了供加固用的贵金属量。
在一个实施例中，该固定步骤包括将多个独立的加固构件以间隔开的关系固定到该结构上。该加固构件可包括一个第一构件和一个第二构件，该第一构件限定一个第一部分，而该第二构件限定一个第二部分，该固定步骤包括将该第一构件固定到该结构上，且将该第二构件固定到该第一构件上。该纤维成形结构可进一步包括一块喷嘴板，后者包括至少一块现有的加力板，所述方法还包括将该加固构件的第二部分连接到该加力板上。这样，该加固构件第二部分就有助于防止加力板和喷嘴板因弯曲应力和蠕变而下垂。
根据本发明的第五个方面，提供了一种用于一个在高温下由一种流体材料形成纤维的坩埚组件的加固构件。该坩埚组件包括一块坩埚喷嘴板，后者具有一个上表面和多个处在关键位置上的纤维成形喷孔。该加固构件包括一个主体，该主体具有一个下部和一个与该下部一体形成的上部，该下部包括一块连接板，用以连接到坩埚喷嘴板的上表面上。该上部具有这样一个型面，即，其成形为抵抗部分由材料重量形成的弯曲应力和部分由材料长时间高温及弯曲应力形成的蠕变，并包括至少一个顶端。该主体包括至少一个顶端的变化高度的型面提高了坩埚喷嘴板抗下垂的阻力，从而大大延长了其使用寿命，同时最大程度地减少了供加固用的贵金属量。
图1示意性地示出了一个现有技术中的布置示例，其采用多块T形加力板来加固在高温下由一种流体材料，例如玻璃，形成纤维的喷嘴板，该加力板具有一个形成矩形型面的基本平坦的上表面；图2示出了图1中的T形加力板随时间消逝而弯曲或下垂的情况，这主要是由于在纤维成形过程中在高温下与玻璃长时间接触形成的弯曲应力引发的蠕变造成的；图3a是一透视图，示出了一对改进的加固构件，其包括一个第一下部和一个第二上部，第一下部连接在该喷嘴板上，而该第二上部包括一个变化高度的型面，具有一个位于侧壁之间的中点的顶端，其中该加固构件减少了蠕变引发的下垂的发生率并延长了喷嘴板的使用寿命；
图3b是一透视图，示出了一对改进的加固构件的另一实施例，该加固构件用于减少蠕变引发的下垂的发生率并延长喷嘴板的使用寿命，顶端沿着加固构件主体的长度位于不同于中点的位置上；图4a是一从图3a或3b的加固构件的一端观察的部分切去的局剖正视图；图4b是一从其顶端观察的图4a加固构件的部分切去的全剖图；图5a是一加固构件的实施例，其由至少一个材料件形成，还包括多个处在关键位置上的开口以减少用于形成加固构件的材料量，不会明显地损害其强度；图5b是一沿线5b-5b观察的视图；图6a是一实施例的部分切去的局剖端视图，其中加固构件包括一个横剖面为L形的下部；图6b是一实施例的部分切去的全剖图，其中加固构件包括分开的第一和第二构件，其比如通过焊接固定在一起，每个构件都具有L形的横剖面；图7a是一实施例的部分切去的全剖端视图，其中加固构件包括一个主体，该主体具有一个第一部分或下部和一个第二部分或上部，该第一部分的横剖面为T形，该第二部分具有包括一个顶端的变化高度，该主体是由一个材料单件制成的，比如通过冲压、锻造等技术；图7b是一实施例的部分切去的全剖端视图，其中加固构件包括一个主体，该主体的横剖面为L形，且具有包括一个顶端的变化高度，该主体是由一个材料单件制成的，比如通过冲压、锻造等技术；图8是一部分坩埚主体的部分切去的侧视图，该坩埚主体包括一块喷嘴板，该喷嘴板具有一个加固构件，该加固构件包括一个型面为弓状的主体，该型面具有变化高度和单个顶端；图9是一与图8相似的视图，只不过该加固构件主体的第二部分的高度是从其两端基本上直线上升以形成一个倒置V形型面的；图10是一与图8和9相似的视图，只不过该加固构件主体的第二部分包括两个顶端以形成一个双喷嘴板坩埚的倒置W形型面。
具体实施例方式
首先参见图1，该图是现有技术中一纤维成形结构的部分示意图，其中多块加力板G1、G2连接在喷嘴板T(以虚线示出)的上表面Su上。喷嘴板T由铂及其合金或类似材料制成，并包括大约10至100个的小喷嘴或喷孔O，熔融物料比如玻璃从其中流过(例如见图4a和4b)。熔融物料在其流过喷孔O之前接触喷嘴板T的上表面Su，以被拉制成纤维。加力板G1、G2由铂及其合金或类似材料制成。正如本领域所公知的那样，电流一般从电源比如变压器被供应给喷嘴板T，从而产生电阻加热。这种加热有助于在玻璃或其它材料流过喷嘴板T的喷孔O或喷嘴时使其保持在熔融状态下。如上所述，在此引入并用的共同转让的Bobba的727和Carey的430专利对全过程作了更为详细的说明。
喷嘴板T被支撑在一个具有侧壁和端壁的坩埚主体(未示出)中。同时，该侧壁和端壁用作一个支撑或承载喷嘴板T的支架。
随着时间的消逝，由重力、纤维张力和熔融玻璃的重量引起的弯曲应力及伴随的高温使得喷嘴板T下垂，主要是在“中间”部分(也即，离相应坩埚主体的侧壁和端壁最远的那部分)中。众所周知，这种下垂降低了喷嘴板T的效用，因为它产生了一种不均匀的热分布，因此由于散热片上热转移的不均而形成直径不均匀的纤维。生产出直径不均匀的纤维是不理想的，常需将喷嘴板T收走并用新的或经过整修的加以更换。
虽然T形加力板G1、G2一开始能抵抗弯曲应力，但蠕变造成了一种产生偏斜的随时间变化的变形。因为T形加力板G1、G2为简单的棱柱状梁，也就是说，横剖面恒定，所以在不均匀的载荷下必定在跨距的中点处产生最大的偏斜。因此，如图2所示，加力板G1、G2最终与喷嘴板T一起弯曲或下垂(出于图示的目的，将参考标号S表示在所示垂直尺度上的下垂)。
在防止这种下垂所作的努力中，本发明包括一个改进的加固构件10，其或可用于代替传统的加力板，或可通过将一个单独的加强件固定或连接到传统的加力板上而成形。图3a和3b均以虚线示出了一块喷嘴板T，该喷嘴板T包括多个隔开的加固构件10a、10b，其属于后一类并根据本发明的一个可行实施例构造。虽然仅示出了两个加固构件10a、10b，但应理解的是，可根据喷嘴板T的尺寸和特定应用的其它方面设置更多或更少的加固构件。
具体地说，正如通过结合图3a观察图4a和4b也许是最好地示出那样，多个加固构件10a、10b中的每一个都包括一个具有第一下部12的主体。正如应从上述讨论中理解的那样，该部分12可包括一块已与喷嘴板T连接的传统加力板，或可形成未连接的完整的加固构件10的一部分(也即下部)，该加固构件10将会直接固定在喷嘴板T平坦上表面的各个关键性位置上。
所示实施例中的下部12具有一个T形的横剖面，包括(1)一块相对薄的连接板14，其具有一个下端，沿着该下端形成有焊缝W或其它接合部分比如一个机械接头，其在相邻排的喷孔O之间将加固构件10a或10b固定在喷嘴板T上；(2)一个位于连接板14相对端的横向构件16，形成了一个基本呈平面的上表面并限定了至少一个优选是一对的对置凸缘18a、18b。或者，下部12可由一个T形材料的单件形成，其是采用冲压、挤出、锻造或其它技术制得的，但这会增加费用。目前，形成加固构件10a或10b的低费用由此优选的方式是将横向构件16直接固定在连接板14上，比如通过激光或TIG焊接(见图4a和4b中所示实施例中的焊缝W)。下部12优选由铂、其合金或类似材料制成。
加固构件10a、10b还包括一个上部20，同样具有一个T形横剖面，其包括一块连接板22和一个横向构件24。这样，该横向构件24形成了至少一个优选是一对的对置凸缘26a、26b，其限定了一个上表面US(见图4a)。如同下部12的情况一样，这些凸缘26a、26b可采用一种分开的焊接或以其它方式接合在连接板22上端上的材料件形成。不过，采用一个材料单件来形成上部20也是可行的，比如采用已知的冲压或锻造技术构造的。在该特定实施例中，也许如图4a最好地示出那样，上部20的连接板22的下端可连接在下部12的横向构件16的上表面上，比如通过焊接或任何其它形成可靠的永久或半永久结合的方式。上部20优选由用于形成下部12的相同材料制成，该材料已在上面作了阐述。
每个加固构件10a或10b的上部20都包括这样一个型面，其具有变化高度，形成有至少一个顶端A。因而，在图3a的实施例中，连接板22的上端22a的斜面或高度从加固构件10a或10b的两端直线上升，这样顶端A就基本上沿着其长度位于中点M(其也可与坩埚主体(未示出，但例如见图8-10)的侧壁之间的中点相重合)。并且，在所示的实施例中，连接板22具有三角形的侧部22b和22c，见图3a和4b。横向构件24(或多个构件)也有助于限定该型面。
这种布置方式的最终结果是，就对弯曲应力和蠕变的灵敏度而言，抗弯曲的最大或峰值阻力在理论上位于中点M，其是下垂程度一般为最大的精确位置。并且，在该特定实施例中，与仅使用一个实心材料块相比，所增加的重量被保持在最小，同时仍通过提供一个横剖面为T形的上部20达到理想的加固程度。还通过将由分开的材料件制成的各加固构件10a或10b按序焊接在一起，使实施该布置方式所需的总成本降到最小。该结构模式还容许在具有现有加力板的已使用的喷嘴板T上容易地对加固构件10a或10b作翻新改进(在该情况下，仅需设置图3a、4a以及4b中所示的实施例中的上部20)。
在图3b的实施例中，包括横向构件24的上部20的型面在高度上改变，并包括至少一个顶端A。不过，连接板22是不对称的，每侧的斜度不同。因此，顶端A并不落在加固构件10a、10b的下部12的端部(或坩埚主体的侧壁，此时加固构件的下部12的端部与之一同延伸)之间的中点M(用虚直线标出)。该布置方式或其任何变化可用在喷嘴板T上的最大弯曲应力的位置不必位于中点M或其它设计标准不将顶端置于中点的特定场合中。在这些场合中，使顶端A定位的近似位置可凭经验确定或采用众所周知的分析或其它模拟技术如有限元分析来推算。
图5a是一加固构件110另一实施例的侧视图，而图5b是一横剖图。在该实施例中，下部112、上部120被一个横剖面为T形的材料单件限定，但也可由两个分开的材料件限定。更具体地说，下部112由单块垂直定向的连接板114的下部114a限定。该连接板114的最下端在沿着喷嘴板T的宽度延伸的相邻排的喷孔O之间被连接在喷嘴板T的表面上，比如通过焊接。
加固构件110的上部120包括连接板114的上部114b以及至少一个连接在其上端的横向构件124。该横向构件124限定至少一个优选是一对对置的凸缘126a、126b。如同上述实施例，凸缘126a、126b也可改为分开连接，比如通过焊接或其它永久或半永久的结合方式(见图5a)。包括横向构件124和连接板上部114b的加固构件110的上部120也具有在型面中观察时变化高度以限定至少一个顶端A。如同图3a中的实施例，顶端A被示出基本位于加固构件110端部之间的中点M。通过将顶端A定位在该一般形成最大弯曲应力的位置，就大大提高了喷嘴板T相应部分抵抗下垂的能力，这也就延长了使用寿命。如上所述，应该理解的是，也可将图5a中所示的实施例构造成使顶端A(或多个顶端；例如见图10)与中点M不重合。该布置方式可用在最大应力或弯曲可能不在中点M或其它设计标准不将顶端置于跨距中点的情况下。
图5a还示出了这样一种方式，其中，在加固构件110比如连接板124中还设有孔或开口130。这些孔或开口130减少了制造过程中所需的材料总量，从而减少了每个加固构件110所占的成本和重量。不过，开口130是这样定出大小并定位在关键位置的，即，在阻碍弯曲应力或下垂结果方面没有明显的减小。在所示的示例中，设置有三个这样的开口130，但也可设置更少或更多的。并且，虽然出于图示的目的，示出的是圆形的开口130，但应该理解的是，可采用任何形状，只要能坚决保证喷嘴板T上强度的加强。此外，虽然开口130是在图5a的实施例中示出的，但应理解的是，任何其它实施例都可设有开口，或位于上部(例如见图9)、下部(未示出)，或位于该加固构件的两部分(未示出)中。
我们相信，图5a中示出的加固构件110提供了最佳的强度，且金属重量最小。
另一实施例描绘在图6a的部分切去的局剖端视图中。在该实施例中，加固构件210具有一个横剖面形状为倒置“L”的下部212。该“L”的连接板214的下端被固定在相邻排喷孔之间的喷嘴板T的表面上，比如通过焊接(见焊缝W)。加固构件210的上部220的横剖面也为L形，参照图6b的横剖图也许能最好地理解这一点。因而，它也包括一块连接板222，其比如通过焊接固定在下部212的横向构件216上，从而使最终的加固构件210形成F形的横剖面。这样，通过将形成下部212的L形构件焊接到喷嘴板T上，或在形成上部220的L形构件已焊接到下部212上之前或之后，该加固构件210便与喷嘴板T形成一体。不过，如上所述，当然也可但也更昂贵地由一个横剖面为F形的材料单件形成整个加固构件210，接着直接将其焊接到喷嘴板T上。
尽管没有明确地示出，但还应理解的是，为减小下垂效应并延长喷嘴板T的使用寿命，加固构件210的上部220具有在型面中观察时变化高度，从而限定至少一个顶端A。实际上，在高度从侧面直线上升到中点的加固构件210的实施例中，现时图6b右边的侧视图与从图3a的左边或右边观察的视图相同，此时，观察者的肉眼位于由喷嘴板T限定的水平面处或附近。图6b对边即左手边的视图与图5a中的视图相似，但未沿着加固构件的顶部示出凸缘126a或126b，且在将上部220的连接板222直接焊接到下部212的横向构件216上表面上的位置存在部分长度或全长的焊道。
图7a中示出了另一个可行的实施例。在该实施例中，包括下部312和上部320的整个加固构件310由一个材料单件制成，与图5a中所示的实施例的情况相似。不过，除了凸缘326a、326b外，加固构件310还包括一体化的凸缘318a、318b，其增加了强度，且进一步有助于抵抗下垂。虽然该实施例采用了更多的材料，因而要比图5a中所示的稍重一些(并且还采用当前的冲压或锻造技术增加了制造成本)，但它与图3a的实施例相比减少了所需的焊接量，因为焊缝仅需要位于连接板314的下端与喷嘴板T表面之间的界面上。并且，它可用在喷嘴板T很宽或加固程度需更强的场合中。
图7b中示出了一个加固构件310的相似实施例，其由一个横剖面为L形的材料单件形成。该加固构件310还具有一个带顶端(未示出)的变化高度型面。当从图7b的右手边观察时，该视图与图5a中的相似(可能没有供选择的开口130)。
到现在为止，已示出并描述的加固构件10、110、210、310是用在单块基本平坦的喷嘴板T上的，其在一个坩埚主体(未示出)的一对侧壁之间延伸。不过，还可将加固构件10、110、210、310用在设置有一个“双层底”坩埚的场合中。这一点在图8-10中示出，其中图8和9中示出了仅半个“双层底”坩埚(中心线L标出)，而图10中示出了整个“双层底”坩埚。
在第一实施例中，加固构件410具有一个与上述其它实施例中的相似的上部420。区别在于，高度是从两侧非直线性地改变的，以形成一个弓状型面，取代了通过从隔开的端部直线性地使高度上升而形成的顶端A。优选的是，如同其它实施例，顶端A基本位于加固构件410两端之间的中点M，以提供最佳的抵抗弯曲应力乃至随时间变化的塑性变形(蠕变)的阻力。在该实施例中，顶端A并不与侧壁(仅在图8中示出一个侧壁S1)之间的中点重合，而可以落在中心线L处或附近。
还应理解的是，图8的实施例可形成如同图3a中的那样，上部420的弓状型面被单独焊接或连接到一个由横向构件416限定的上表面上，从而形成对置的凸缘418a或418b(仅在图8中示出一个)。下部412又固定在相邻排的喷孔O之间的喷嘴板T的表面上，并可采取现有加力板G的形式，上部420仅用作一个附加的加强或加固构件。该实施例的端视图和横剖图与图4a和4b中的基本相同，但也可如同图6a和6b中的那样。
或者，加固构件410可由一个材料单件制成，其上部420具有弓状型面。另一种选择方案是使直立的部分或连接板422由一个材料单件形成，然后单独地连接弯曲的横向构件424，比如通过焊接。在这些情况中的任一情况下，上部420和下部412都可具有T形或L形的横剖面(二者优选具有相同的横剖面形状)。并且，尽管未在图8中示出，应该理解的是，两个部分都可包括减轻重量的孔或开口。
仍参见图8，还注意到，在所示的实施例中，上部420在未达到侧壁S1的位置停止，限定凸缘418a或418b(仅示出一个)的横向构件416也是一样。如此形成的该间隙容许焊机接近侧壁S1，这样焊缝就可沿着连接板414的相应端布置。该间隙特别有助于设置多个紧密隔开的加固构件(未示出)的情况。
图9中所示的实施例包括这样一个组合，其采纳了图3a-4b、5a和9实施例中的特征。加固构件510的上部520具有一个带顶端A的倒置V形型面，并由一个分开的材料件形成，其被焊接或以其它方式固定在下部512的横向构件516上(二者都可具有T形或L形的横剖面)。还可在上部520中设置多个相对小的、关键位置的开口530，如上所述，这减小了最终加固构件510的重量，而不会在很大程度上损害强度。上部520还形成有一道与侧壁S1隔开的间隙。正如前面段落中所提到的那样，这对接近下部512与侧壁S1的端部之间的界面来说可任意选择。
在图10中所示的实施例中，值得注意的第一点是，横剖面中示出了完整的“双层底”坩埚B或坩埚组件，包括隔开的侧壁S1、S2和喷嘴板T。在所示的实施例中，喷嘴板T是与倒置的V形通道C连成一体的。该通道C沿着坩埚B的长度延伸以提供加强的结构支撑，并可填充一种耐火材料R，以防一个水冷式支架(未示出)上有热损失。正如本领域所公知的那样，耐火材料R也常包围整个坩埚B，从而不仅使它与周围环境热绝缘，还使它与其它结构电绝缘。
固定在每块喷嘴板T表面上的是一个加固构件610。该加固构件610包括一个下部612，如上所述，其可由喷嘴板T上的横剖面为T形或L形的加力板形成。该实施例中的上部620具有这样一个型面，其在高度上改变以限定两个顶端A1、A2，其中每一个基本上位于各喷嘴板T的中点。因而，上部620的型面就具有倒置W的形状。上部620可由一个材料单件形成，包括一块连续的连接板622，或可具有一个或多个单独焊接到位的横向构件624(图10中示出两个)。或者，下部612和上部620都可与横向构件624一起由一个材料单件形成，该横向构件624限定了至少一个优选是一对对置的凸缘。上部620还被示出具有与侧壁S1、S2隔开的端部，以允许在焊接过程中能接近得到，但如上所述，这是可选择的。
本发明实施例的上述说明是出于图示和阐述的目的而提出的。这些说明并不意味着是详尽彻底的，或要将本发明限制到所披露的精密形式中。可根据上述的教导进行显而易见的改进或变化。例如，虽然在各图中示出的是仅单个加固构件或成对的加固构件，但应理解的是，可沿着喷嘴板以任何隔开的间隔采用需要达到理想的加固/抵抗程度的任何数目的加固构件。并且，无论是由单个材料件、多个材料件形成，还是作为附加件加到现有的加力板上，加固构件都仅可位于对最大弯曲应力敏感的位置，其它位置或者具有传统的加力板或没有加固构件。还可对各加固构件或其部件的型面形状或横剖面形状作出无穷的变化，同时仍能实现令人满意的加固/抵抗级别。例如，虽然T形、F形和倒置L形的横剖面形成与喷嘴板接触的极小点，并将附加的重量减至最小，但加固构件也可具有C形、I形或E形横剖面或其任何变化形式。所描述的实施例是被选择用来最好地示出本发明的原理及其实际应用的，从而能让本领域的普通技术人员利用各实施例中的本发明并与适合于所预期的特定应用上的各种改进相结合。所有这类改进和变化都落在本发明的范围内，本发明的范围由随附权利要求在根据其被公正、合法、合理地予以授权的宽度解释时确定。
权利要求
1.在一个具有板状结构的坩埚组件中，该板状结构包括多个用于由一种流体材料形成纤维的喷孔，一种用于加固该结构的构件(10a，10b)包括一个主体，该主体包括一个第一部分(12)和一个第二部分(20)，该第一部分(12)连接在该结构(T)上，而该第二部分(20)具有一个变化高度的型面，包括至少一个顶端(A)；该主体变化高度的型面和至少一个顶端有助于加固该结构以防下垂并延长其使用寿命，同时最大程度地减少金属用量。
2.如权利要求1所述的加固构件，其特征在于，该主体是由一个材料单件组成的。
3.如权利要求2所述的加固构件，其特征在于，该包括第一和第二部分的主体具有倒置L形(310)、T形(312、320)或F形(210)的横剖面。
4.如权利要求3所述的加固构件，其特征在于，该主体的第二部分具有弓状型面(420)、倒置V形型面(520)或倒置W形型面(620)。
5.如权利要求1所述的加固构件，其特征在于，该主体具有包括一个中点(M)的长度，并且，该至少一个顶端(A)基本上位于该中点。
6.如权利要求1所述的加固构件，其特征在于，该坩埚组件包括间隔开的侧壁(S1，S2)，该主体的第一端和第二端分别固定在其上，并且，该至少一个顶端位于该间隔开的侧壁之间。
7.如权利要求1所述的加固构件，其特征在于，该主体包括一个第一构件，其限定连接到该结构上的第一部分；一个与该第一构件连接的第二构件，其限定该第二部分并具有带该至少一个顶端的变化高度的型面。
8.如权利要求7所述的加固构件，其特征在于，该第一构件具有T形(12)或倒置L形(212)的横剖面。
9.如权利要求7所述的加固构件，其特征在于，该第二构件具有T形(20)或倒置L形(220)的横剖面，并由一个或多个部件形成。
10.如权利要求7所述的加固构件，其特征在于，该第二部分具有弓状型面、倒置V形型面或倒置W形型面。
11.如权利要求7所述的加固构件，其特征在于，该第二构件包括一块连接板(22)，其一端被直接焊接在该第一构件的上表面上。
12.如权利要求1所述的加固构件，其特征在于，该主体的第二部分包括至少两个顶端(A1，A2)。
13.如权利要求1所述的加固构件，其特征在于，该主体的第一部分(112)或第二部分(120)包括多个处在关键位置上的开口(130)，该开口(130)用于减小制造加固构件所需的材料量而不会损害其强度。
14.一种用于在高温下由一种流体材料形成许多纤维的坩埚组件，它包括一个结构，其具有多个喷孔，流体材料流过这些喷孔以形成纤维；至少一个加固构件(10a，10b)，其具有一个第一部分(12)和一个第二部分(20)，该第一部分(12)连接在该结构(T)上，而该第二部分(20)具有一个变化高度的型面，所述变化高度包括至少一个顶端(A)；该加固构件包括至少一个顶端的变化高度提高了该结构抗下垂的阻力并延长了其使用寿命，同时最大程度地减少了金属用量。
15.如权利要求14所述的坩埚组件，其特征在于，该纤维成形结构为板状，并且，该至少一个加固构件沿其宽度延伸。
16.如权利要求15所述的坩埚组件，其特征在于，多个独立的间隔开的加固构件沿着该板状结构的宽度延伸。
17.如权利要求16所述的坩埚组件，其特征在于，该纤维成形结构具有一个上表面，各个加固构件的第一部分被焊接在其上。
18.如权利要求14所述的坩埚组件，其特征在于，该加固构件是由材料单件或至少两个固定在一起的材料件而制成的。
19.如权利要求14所述的坩埚组件，其特征在于，该结构包括至少一块现有的加力板(G1)，并且，该加固构件的第二部分被连接到该加力板上。
20.一种用于由一种供应给坩埚的流体材料形成纤维的板或板状结构的加固方法，它包括将至少一个加固构件(10a，10b)固定到该纤维成形结构上，所述加固构件包括一个第一部分(12)和一个第二部分(20)，该第一部分(12)连接在该结构(T)上，而该第二部分(20)具有一个变化高度的型面，所述变化高度包括至少一个顶端(A)，该加固构件包括至少一个顶端的变化高度提高了该结构抗弯曲应力的阻力并延长了其使用寿命，同时最大程度地减少了金属用量。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，该固定步骤包括将多个独立的加固构件以间隔开的关系固定到该纤维成形结构上。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，该加固构件包括一个第一构件和一个第二构件，该第一构件包括第一部分，而该第二构件包括第二部分，并且，该固定步骤包括将该第一构件固定到该纤维成形结构上，且将该第二构件固定到该第一构件上。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，该纤维成形结构包括至少一块现有的加力板(G1)，并且，所述方法还包括将该加固构件的第一部分连接到该加力板上。
24.在一个采用一块坩埚喷嘴板(T)在高温下由一种流体材料形成纤维的坩埚组件中，该坩埚喷嘴板具有一个上表面并包括多个处在关键位置上的纤维成形喷孔，一种加固构件(10a，10b)包括一个主体，该主体具有一个下部(12)和一个与该下部相连的上部，该下部(12)包括一块连接板(22)，用以连接到坩埚喷嘴板的上表面上，所述上部具有变化高度的型面，其成形为抵抗部分由材料重量形成的弯曲应力和部分由材料长时间高温及弯曲应力形成的蠕变，所述型面包括至少一个顶端(A)，该主体包括至少一个顶端的型面提高了坩埚喷嘴板抗下垂的阻力，从而大大延长了其使用寿命，同时最大程度地减少了金属用量。
全文摘要
本发明公开了多个用于加固一个板状结构比如坩埚喷嘴板(T)的不同构件，该坩埚喷嘴板用于将一种供应给坩埚组件的流体材料形成纤维。每个加固构件(10a，10b)包括一个主体，其具有第一部分(12)和第二部分(20)，该第一部分连接在该结构上，而该第二部分具有变化高度的型面，包括至少一个顶端(A)。该主体可由一个材料单件一体形成，或由接合或固定在一起的两个或更多分开的材料件形成。该主体的横剖面可为T形(312，320)、L形(310)或F形(212，220)。该主体的第二部分可具有倒置V形型面(520)、倒置W形型面(620)或弓状型面(420)。该至少一个顶端可沿着主体的长度位于中点(M)或别处。
文档编号C03B37/00GK1512970SQ02810777
公开日2004年7月14日 申请日期2002年6月25日 优先权日2001年6月27日
发明者拜伦·L·比米斯, 蒂莫西·A·萨利文, 凯文·D·史密斯, 戴维·H·沃尔夫, 杰克·L·埃默森, 布鲁诺·A·普努德, 詹姆斯·P·特蕾西, 威廉·L·施特赖歇尔, A 普努德, A 萨利文, P 特蕾西, D 史密斯, H 沃尔夫, L 埃默森, L 施特赖歇尔, 拜伦 L 比米斯 申请人:欧文斯科尔宁格公司