专利名称：圆柱形玻璃体的生产方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在一种垂直拉制工艺中生产圆柱形玻璃体的方法及其装置，特别是一种石英玻璃体，包括一个方法步骤，其中，玻璃坯料被供应到一个加热区，在该区被软化，通过一个拉出设备(draw-off device)以一种可控制的拉延速度从该软化区拉出一个玻璃纤维束(glassstrand)，该拉出设备包括一个第一拉出单元，该第一拉出单元具有在玻璃纤维束上滚动并被分布在其圆周上的滚动体，所述滚动体由一个基准滚动体和至少一个辅助滚动体组成，拉延速度通过该基准滚动体的速度被控制。
而且，本发明还涉及一种在垂直拉制工艺中用于生产圆柱形玻璃体的装置，特别是一种石英玻璃体，包括一个环形加热元件，用于加热和软化玻璃坯料，包括一个拉出设备，该拉出设备具有一个框架，该框架将一个第一拉出单元保持在其上，该第一拉出单元具有在所述玻璃纤维束上滚动并被分布在其圆周上的滚动体，所述滚动体由一个基准滚动体和至少一个辅助滚动体组成，所述基准滚动体被连接到一个速度控制器上用于调节所述拉延速度。
背景技术：
这样的方法和装置用于生产圆柱形元件，特别是用石英玻璃制成的管和棒，或者用于光纤的预成型。DE-A-19536960记载了所述类型的一种方法和一种装置。为了在一个垂直拉制工艺中生产石英玻璃管，将一个用石英玻璃制成的空心圆柱体以下端开始供应到一个环形炉中，并被在其中加热和软化。在成型一个拉制球状物的状态下，从所述软化区连续地向下拉出一个石英玻璃管束。为此，在一个垂直固定位置设置一个拉出设备，该拉出设备包括两个辊子，它们以相对的方式和相反的方向在该被拉出的管束上滚动。
所述管束的外径和壁厚被设定成一个预定的给定值。所述控制器的操纵量是拉延速度和吹塑压力，通过控制辊子的旋转速度而调节该拉延速度。管件被时常以所需的长度从拉出的管束上分离。
由于在所述拉出设备区域的石英玻璃还没有完全冷却，辊子可能产生压痕。特别是在弯曲玻璃纤维束时，大的力可能作用在玻璃纤维束上，并且由于在所述拉制球状物区域的杠杆作用而使玻璃纤维束产生进一步的变形。而且，由于相对的辊子产生不规则的磨损，就产生路径或者啮合误差，导致产生压力斑痕和其它表面损伤。在按照一定长度切断期间，玻璃纤维束的重量的突然变化可能会导致在所述拉出设备区域的表面损伤。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法，其减少因拉出设备引起的玻璃纤维束的表面损伤，并避免了因现有的玻璃纤维束弯曲法引起的变形。而且，本发明的目的还在于提供一种装置，其能够在一个垂直拉制工艺中生产圆柱形的石英玻璃体，而基本上没有任何表面损伤。
上述目的是根据本发明的方法实现的，由上述类型的方法开始，根据被拉出的玻璃纤维束的重量，确定所述基准滚动体的转矩值，并且所确定的值被用作一个给定值，用于设定所述至少一个辅助滚动体上的转矩。
在最简单的情形中，所述滚动体是具有一个气缸套形式的辊面的辊子。几个滚动体被以这样一种方式分布在玻璃纤维束上，由滚动体在径向上施加在玻璃纤维束上的接触压力相互补偿。在最简单的情形中，但不是必要的，第一拉出单元的滚动体搁置在玻璃纤维束上的一个水平分界面内。
在至少一个滚动体中，所述拉出设备的旋转速度及其拉延速度是被控制的。在下面的描述中，第一拉出单元的所述滚动体被指定为一“基准滚动体”或者也作为一“基准辊”。基于该基准辊的直径以及它与玻璃纤维束接触的摩擦系数，根据被拉出的玻璃纤维束的重量，就可以得到该基准辊在额定速度下的比力矩。
一个旋转支承体的转矩“D”被定义为力“K”与杠杆臂“I”的乘积。
D＝K×I在本发明的垂直拉制工艺中，力“K”是根据拉出的玻璃纤维束的重量以及滚动体与玻璃纤维束接触的静摩擦得出的。该静摩擦受到滚动体在玻璃纤维束上滚动的圆周速度的影响。
在根据本发明的方法中，基准辊的转矩，或者一个能够与所述转矩关联的值被确定，所确定的值被用作一个“设定点转矩”，用以预先确定所述第一拉出单元的其它滚动体的转矩的设定。因而其转矩就与该预定的设定点转矩相关联。由于许多原因，所述辅助滚动体的转矩可能与基准滚动体的转矩不同。比如，滚动体的不同的速度和外径或者非圆度或者不圆度。导致外径不同和非圆度的一个原因可能是磨损。
所述基准辊的转矩值能够通过测量或者计算的方法来确定。在最简单的情形中，该值是在基准辊上直接测量的。所谓的“应变计传感器”，或者所安装的测量设备，比如转矩测量轴，是适合的。转矩是被基于拉出的玻璃纤维束的实际运行重量以这样的方式设定的，不必要知道精确的重量。然而，根据工艺过程和装置的具体条件，比如基准辊的实际外径、滚动期间的摩擦阻力以及拉出的玻璃纤维束的重量(或者它的体积)，也能够计算出该转矩或者它的实时的变化值。
基于所述基准辊的转矩，由于在所述第一拉出单元的滚动体的滚动期间所述转矩是相同的，就确保该拉出单元的滚动体具有相同的或者相似的圆周速度。理想地，该拉出单元的所有滚动体在玻璃纤维束上施加相同的力。因而，就可以避免滚动体之间的啮合误差、以及由此导致的玻璃纤维束表面上的损伤。
在拉制过程中，根据所述设定点转矩，能够反复地最好是连续地进行所述设定点转矩的确定以及所述辅助滚动体的转矩的调节。比如由于玻璃纤维束的重量变化或者基准辊的不圆度，设定点转矩的变化因而被恒定地考虑，并且能够避免滚动体之间的啮合误差。理想地，所述辅助滚动体的转矩精确地与基准辊的转矩一致。基准辊的设定点转矩被以一种恒定的方式(反复地，最好是连续地)重新确定。结果是，将一个可变的设定点转矩作为所述至少一个辅助滚动体的一个预定值。最好是，所述至少一个辅助滚动体的转矩被调节到该可变的设定点转矩。
已经发现，采用一个这样的拉出设备是有利的，它包括至少一个第二拉出单元，该第二拉出单元包括多个滚动体。当沿着玻璃纤维束的纵轴方向上看时，该第二拉出单元位于所述第一拉出单元的上方或者下方。可以采用多个同轴的相间隔的拉出单元。在这里以及在下文中，“第二拉出单元”意指每一个更多的-第二、第三、第四、等等...-拉出单元。当在轴向上看时，该第二拉出单元的滚动体被一个位于另一个之上地或者被相互偏置地布置。
所述第二拉出单元包括至少两个滚动体。第一和第二拉出单元的滚动体的数量、几何结构或者布置方式没有必要是相同的。而且，至于在玻璃纤维束上的第二和其它任何拉出单元的滚动体的几何结构和布置方式，可以基于上述第一拉出单元的滚动体用类推法而做出评论。
采用几个被同轴地分布在玻璃纤维束上的拉出单元使得用于保持和导引玻璃纤维束所需的力能够更均匀地分布，从而减少了单个滚动体的接触压力。因而避免或者减小了对表面的损伤。
在这点上，已经发现，当所述至少一个第二拉出单元的滚动体在垂直于玻璃纤维束纵轴的方向上是可以移动的，这是特别有利的。因此，这些滚动体的特征在于，它们的“径向位置”(从垂直于玻璃纤维束纵轴的方向上看)不是固定的，而是在拉制过程中是可变化的。从而，在弯折玻璃纤维束的情形下，滚动体可以被在径向上调节以便跟随该弯折动作。这就防止了一种情况的发生，即不在垂直于玻璃纤维束纵轴方向上作用的力增大。另外，由于杠杆作用，这样的力将对所述软化区的区域有冲击，导致玻璃纤维束的尺寸精度的额外变坏。比如，通过电机使滚动体在玻璃纤维束上调节(定位)以及以一种特别有利的方式，采用一个“浮动垫”，可以实现径向调节，该浮动垫允许所述滚动体(或者其配件)进行径向滑动，而几乎没有任何摩擦阻力。
还可以获得进一步的改进，在基于所述基准滚动体的转矩设定所述转矩的情形下，所述至少一个第二拉出单元的滚动体被用作辅助滚动体。这里，不仅第一拉出单元的辅助滚动体的转矩是相同的，而且第二(或者其它任何)拉出单元的滚动体的转矩也是相同的。对于与玻璃纤维束啮合的所有辅助滚动体而言，设定点转矩是根据基准辊的转矩值得出的，正如上文已经针对所述第一拉出单元的至少一个辅助滚动体所进行的详细描述那样。该辅助滚动体的转矩被设定成所述设定点转矩或者基于它被调节。由于具有许多与玻璃纤维束啮合的滚动体，一方面，有可能将用于保持和导引玻璃纤维束所需的力更均匀地分布，并从而使接触压力保持较小，此力是通过每一个单个的滚动体而局部作用的，另一方面，有可能通过使转矩相等而减少或者防止单个滚动体之间的啮合误差。在一种特别优选的情形下，与玻璃纤维束啮合的每一个滚动体的转矩被单独控制。
已经发现，当滚动体以一个可调节的接触压力压靠在玻璃纤维束上时，是特别有用的。该接触压力能够针对每一个滚动体被单独设定，或者将一个拉出单元的所有滚动体的接触压力设定成相同值，或者将该拉出设备的所有滚动体的接触压力大体上设定成相同值。该设定操作可以通过控制或者校准来实现。通过一种被控制的或被校准的调节，接触压力可以以一种选择性的方式分布在单个的滚动体上，因而能够避免局部有大接触压力。滚动体的用于产生该接触压力的前进运动可以用液压、气动的方式或者通过电机产生。
已经弄清楚，当根据被拉出的玻璃纤维束的重量来设定接触压力时是特别有利的。该垂直向下作用的重力可以通过滚动体的接触压力以及由此产生的静摩擦而减小。必须观测到某一静摩擦，低于该静摩擦时，玻璃纤维束将会滑动通过。玻璃纤维束的重量连续地增加直到玻璃体按照所需的长度分离。因而，在最简单的情形中，滚动体从一开始就以一个接触压力压靠在玻璃纤维束上，该接触压力足够使最大重量减小到所期望的值。作为一种选择，随着重量的增加，接触压力连续地或者递增地增大。通过所述方法的最近提到的变型，可以进一步使对表面的损伤最小化。
在这点上，已经弄清楚，当在第一拉出单元的滚动体超过一个预定的最大接触压力的情形下，第二拉出单元的滚动体又开始与玻璃纤维束啮合，或者作为一种选择，当在第二拉出单元的滚动体已经与玻璃纤维束啮合时所述接触压力被增大，这是特别有利的。在此过程中，预先确定一个滚动体的接触压力的一个最大容许值(下文称为“最大值”)。由于第一拉出单元的滚动体数量少，要被用来减少重量的静摩擦首先被产生(当重量小时)。或者是从一开始就用一个预定的接触压力(≤最大值)压靠在玻璃纤维束上，或者是所述接触压力随着玻璃纤维束重量的增加而增大。第一拉出单元的滚动体一施加所述静摩擦，静摩擦就不再足够用以减少玻璃纤维束的重量，或者滚动体进一步开始与玻璃纤维束啮合，这将通过它们的接触压力以及由此产生的静摩擦而截取玻璃纤维束的部分重量，或者滚动体上的接触压力增大，其中所述滚动体已经与玻璃纤维束啮合，但是接触压力低于所述预定的最大值。一旦已经由第二(及任何其它)拉出单元的滚动体提供所述附加静摩擦，第一拉出单元的滚动体的接触压力能被再次减小。理想地，与玻璃纤维束啮合的所有滚动体被提供相同的接触压力，后者被设定成刚好大，以便与玻璃纤维束结合时，它产生一个静摩擦，该摩擦力正好防止玻璃纤维束在各自的重力作用下产生滑动。
进一步改进的实现在于，接触压力的控制器包括一个阻尼元件。该阻尼元件具有一个比拉出设备的机构小些的刚度常数，以便它使其固有振动减振。这防止了过调节的发生，原来特别有利的是接触压力的控制，尤其是在重量快速变化的情形下，比如，在玻璃纤维束的分离期间。在本发明的一个优选实施例中，该阻尼元件被设计成一个机械弹簧元件，比如一根扭簧。
用于减少玻璃纤维束重量所需的静摩擦是通过将滚动体压靠在玻璃纤维束上产生的。最好是，采用辊面的摩擦系数在0.2至0.5范围内的滚动体。在辊面具有高的摩擦系数的情形下，小的接触压力就足够用以产生一个合适的静摩擦。然而，高的摩擦系数通常会导致辊面具有显著的表面结构，这可能导致损伤玻璃纤维束。通过使辊面具有低的摩擦系数，就可以避免这一缺陷。然而，高的接触压力是用以产生足够的静摩擦所需的，这也可能导致损伤玻璃纤维束。在这点上，使辊面具有上述范围内的摩擦系数认为是一种合适的折中办法。
用作辊面的特别合适的材料包括石棉、石棉的替代物或者SiC。滚动体由所述材料组成，或者在它们的辊面区域内涂覆所述材料。所述材料也可以被用作石墨合金的载体，比如，栅格，格子，纺织品，针织品或者类似物。除了具有高的耐磨性，具有高的耐热性也是主要的。这里，硅酸钙和硅酸铝可以作为上述石棉替代物的实例。
至于装置，上述目的可以根据本发明而实现，从上述类型的装置开始，一方面在于，设有一个用于在基准滚动体滚动期间确定转矩的装置，以及一个用于将所述至少一个辅助滚动体上的转矩设定成一个设定点转矩的装置。
至于所述滚动体的结构和布置以及术语“基准滚动体”和“辅助滚动体”的定义，在下文中也适用，上文关于本发明方法的描述在此作为参考。
根据本发明的装置的特征在于，设有一个用于在所述基准滚动体滚动期间确定转矩的装置，以及一个用于设定所述至少一个辅助滚动体的转矩的装置。借助于所述用于确定转矩的装置，基准辊的转矩、或者是一个与此转矩相关联的值被确定，而且所确定的值被用作第一拉出单元的其余滚动体的转矩的量度标准。
通过测量或者还通过计算，能够确定所述基准辊的转矩值。在上述第一种情形下，设有一个测量装置，用于测量作用在该基准辊上的转矩。所谓的“应变计传感器”，或者所安装的测量装置，比如转矩测量轴，是适合的。借助于该测量装置，沿着所拉出的玻璃纤维束的方向作用在基准辊上并且是根据该拉出的玻璃纤维束的实际重量得出的该转矩被感测到。
在第一拉出单元的滚动体滚动期间，基于基准辊的转矩，该转矩是相同的。为此，设有一个用于将所述至少一个辅助滚动体的转矩设定成所述设定点转矩的装置。该用于设定转矩的装置包括，比如，一个驱动装置，用于驱动各自的滚动体进行滚动运动，这些滚动体被连接到一个带有校正输入的速度控制器上，以及一个测量装置，用于测量作用在各自的滚动体上的转矩。在设定滚动期间的速度时，这样的一种装置允许将实际转矩可控制的调节到一个设定转矩，该设定转矩是由该基准辊的转矩得出的。
在拉制过程中，所述辅助滚动体的转矩被反复地或者连续地设定。最好是，该设定转矩应该被连续地设定到所述基准滚动体的转矩值。通过对该设定转矩进行相应的适应性调整，比如，由于玻璃纤维束的重量变化，或者由于基准滚动体的磨损所引起的该基准滚动体转矩的变化被考虑进去。因而确保该拉出单元的滚动体总是具有相同的或者相似的圆周速度，而且避免了滚动体之间的啮合误差。
对根据本发明的装置的一个实施例给出优选，其中，所述拉出设备包括至少一个第二拉出单元，该第二拉出单元包括多个滚动体。当沿着玻璃纤维束的纵轴方向上看时，该第二拉出单元位于所述第一拉出单元的上方或者下方。可以采用多个同轴的相间隔的拉出单元。在这里以及在下文中，“第二拉出单元”意指任何更多的-第二、第三、第四、等等...-拉出单元。
所述第二拉出单元包括至少两个滚动体。第一和第二拉出单元的滚动体的数量、几何结构或者布置方式没有必要是相同的。至于在玻璃纤维束上的第二和其它任何拉出单元的滚动体的几何结构和布置方式，可以基于上述第一拉出单元的滚动体用类推法做出评论。
所述至少一个第二拉出单元最好是被固定在与第一拉出单元相同的框架上，该第二拉出单元的滚动体被在一个垂直于玻璃纤维束纵轴的方向上可移动地支承在该框架上。因而，这些滚动体的特征在于，它们的“径向位置”(从一个垂直于玻璃纤维束纵轴的方向上看)不是被固定的，而在拉制过程中是可变化的。从而，在弯折玻璃纤维束的情形下，所述滚动体可以被在径向上调节以便跟随该弯折动作。这避免了不在垂直于玻璃纤维束纵轴方向上作用的力的产生。比如，通过采用电机类的驱动装置、液压驱动装置或者气压驱动装置，就可以实现该径向调节。使用“浮动垫”是一种特别有利的方式，它允许所述滚动体(或者其配件)进行径向滑动，采用一种空气垫的形式，几乎没有任何摩擦阻力。
通过将第二拉出单元的滚动体连接到一个用于设定转矩的装置上，可以实现进一步的改进。因而，在本发明中，第二拉出单元的滚动体也被用作“辅助滚动体”。这意味着，它们的转矩可以借助于各自的用于设定转矩的装置进行设定。对于所有辅助滚动体而言，所述设定点转矩是根据基准辊的转矩值得出的。一方面，由于具有第二(任何其它)拉出单元的滚动体，有可能将用于保持和导引玻璃纤维束所需的力分布在多个与玻璃纤维束啮合的滚动体的接触压力上，即，使接触压力保持较小，此力是通过每一个单个的滚动体而局部作用的，另一方面，有可能通过使转矩相等而减少或者避免单个滚动体之间的啮合误差。理想地，为每一个与玻璃纤维束啮合的滚动体设有一个用于设定所述转矩的分离装置。
在根据本发明的装置的一种特别优选的实施例中，设有一个接触压力控制器，通过该控制器，所述滚动体被以一个可调的接触压力压靠在玻璃纤维束上。该接触压力能够为每一个滚动体单独设定，或者将一个拉出单元的所有滚动体的接触压力设定成相同值，或者将该拉出设备的所有滚动体的接触压力大体上设定成相同值。
通过所述接触压力控制器以一种可控制的方式设定接触压力。由于是可控制的调节，接触压力可以以一种选择性的方式分布在单个的滚动体上，因而能够避免局部有大的接触压力。而且，能够根据被拉出的玻璃纤维束的重量设定接触压力。上文关于本发明方法的描述在此作为参考。
特别有利的是，所述接触压力控制器包括一个阻尼元件。该阻尼元件具有一个比拉出设备的机构小些的刚度常数，以便它使其固有振动减振。在本发明的一个优选实施例中，该阻尼元件被设计成一个机械弹簧元件，比如一根扭簧。
特别有用的是设有一个枢轴装置，通过该装置，所述框架能够相对于垂直方向枢转一个倾角。如果被拉出的玻璃纤维束的中心轴线偏离垂直方向，通过该枢轴装置，包括各自的拉出单元的拉出设备能够相对于垂直方向被倾斜一个相应的角度。
而且，上述目的可以通过根据本发明的装置来实现，从上述类型的装置开始，所述滚动体的辊面摩擦系数在0.2至0.5范围内。
至于所述滚动体的结构和布置以及术语“基准滚动体”和“辅助滚动体”的定义，在下文中也适用，上文关于本发明方法的描述在此作为参考。
根据本发明的装置的特征在于，滚动体具有一个摩擦系数在0.2至0.5范围内的辊面。在辊面具有高的摩擦系数的情形下，一个小的接触压力就足够用以产生一个合适的静摩擦。然而，一个高的摩擦系数通常需要辊面具有一种显著的表面结构，这可能导致损伤玻璃纤维束。通过使辊面具有一个低的摩擦系数，就可以避免这一缺陷。然而，这将需要一个高的接触压力用以产生足够的静摩擦，这也可能导致损伤玻璃纤维束。在这点上，使辊面具有上述范围内的摩擦系数认为是一种合适的折中办法。
诸如石棉、石棉的替代物或者SiC的材料特别适合用作辊面的材料。滚动体由所述材料组成，或者在它们的辊面区域内涂覆所述材料。所述材料也可以被用作金属或者石墨的载体，比如，栅格，格子，纺织品，针织品或者类似物。除了具有高的耐磨性，具有高的耐热性也是必要的。这里，硅酸钙和硅酸铝可以作为上述石棉替代物的实例。
下面将结合实施例和附图对本发明进行更详细的描述，其中图1是根据本发明的用于控制拉出设备转矩的简图，用以实现本发明的垂直拉制方法；
图2是在所述方法中用于控制接触压力的简图。
具体实施例方式
图1为一简图，示出一种拉出设备，用于拉制一根具有一根垂直延伸的纵轴15的石英玻璃纤维束5，该拉出设备包括一个上拉出单元1和一个下拉出单元2。该上拉出单元1包括两个拉出辊3，4，它们以相对的关系在一个固定的水平位置P1上被设置在一根石英玻璃束5上，并以相反的旋转方向6在所述束上滚动。同样，下拉出单元2包括两个拉出辊7，8，它们以相对的关系在一个固定的水平位置P2上被设置在上述石英玻璃束5上，P1与P2之间的距离被设定为55cm。各自的相对的拉出辊3，4和7，8被以一个预定的接触压力压靠在石英玻璃束5上，该接触压力相互地补偿。
所述拉出辊3，4；7，8是初始标称外径为215mm及宽度为100mm的辊子，它们由铝制成并且它们的圆柱形外辊面9是由一种硅酸钙的涂层形成的。所述石英玻璃束5上的辊面的摩擦系数约为0.36。
下面结合附图1所示的简图，对根据本发明的方法进行详细的描述，该方法用于在拉出辊3，4；7，8在石英玻璃束5上滚动期间设定拉出辊3，4；7，8的转矩。
作为该拉出设备的唯一被速度控制的拉出辊，拉出辊3构成了用于该拉出控制的“基准辊”。采用速度控制器，为拉出辊3预先确定一个标称值N用以设定所述给定速度，如图中输入箭头11所示。该标称值N是根据必要的拉延速度得出的，它是用于控制石英玻璃束5外径的控制器的操纵变量。在此实施例中，在石英玻璃束为90.1mm的情形下，可得到一个用于转速为5.9rpm的基准辊的速度的标称值N。
每一个拉出辊3，4；7，8被连接到一个单独的速度控制器30上。用于基准辊3所需速度的标称值N被通过连接线12提供到所述速度控制器30的一个输入口。一个校正信号K被通过连接线14提供到第二输入口，该校正信号K是根据对基准辊3的转矩以及拉出辊4；7，8的各自转矩的测量而得出的。
设有一个应变计传感器(弯曲棒)13，用于测量基准辊的转矩(如双头箭头F所示意)。作用在基准辊3上的该转矩F是根据石英玻璃束5的实际重量并结合该基准辊3的静摩擦和外径而得出的。所测量的转矩值F用作该拉出设备的其余拉出辊4；7；8的“设定点转矩”，从而给所述校正信号K做出第一贡献。
对所述校正信号K的第二贡献来自其余拉出辊4；7；8的转矩的测量值。为此，在每一个拉出辊4；7；8上设有一个应变计传感器33。根据石英玻璃束5的实际重量并结合各自拉出辊4；7；8的静摩擦和外径，在拉出辊4；7；8上也观测到转矩F。
对第一与第二贡献之间的比较产生了所述校正信号K，该信号K被用于再调节拉出辊4；7；8上的转矩F。为此，给每一个拉出辊4；7；8设有一个单独的控制路径31，用于将各自的转矩F调节到所述预定的设定点转矩。
上述速度和转矩调节的结合确保该拉出设备的所有拉出辊3；4；7；8具有相同的圆周速度。所述设定点转矩的变化(对于基准辊3的情形)，比如由于玻璃束5重量的变化，被立即感测到并被在其余拉出辊4；7；8中考虑。还考虑到拉出辊4；7；8上的变化，这导致各自的转矩F的变化，比如，外径的减少，因而所述拉出辊4；7；8的转矩F被再调节。
因而避免了对石英玻璃束5的表面的损伤，所述损伤是由拉出辊3；4；7；8之间的啮合误差造成的。
另外，拉出辊3，4；7，8通过接触压力压靠在石英玻璃束5上，该接触压力被连续地监测和控制。下面将结合图2所示的实例对该控制进行详细描述。
图2示出用于控制所述接触压力的控制器，是针对上拉出单元1的辊对而言的。通过拉出辊3；4在一个垂直于石英玻璃束5的纵轴15的方向上往复运动，拉出辊3；4以一个可调节的力压靠在石英玻璃束5上，该力由方向箭头34表示并且范围在10至65kp之间，这里，石英玻璃束5在一个垂直于图面的方向上延伸，由方向箭头16所示。为此，每一个拉出辊3；4被固定到一个载体17上。载体17被可滑动地支承在一个滑动轴承35上，载体可以在它们的水平面内通过一根皮带19彼此相向移动或者相互远离的移动，皮带19绕着两个辊子18运转。在此实施例中，辊子18沿着图中箭头36所示方向的旋转具有这样的效果，即载体17以及拉出辊3；4被彼此相向地移动。辊子18由一台电机20驱动旋转。在该电机20与所述辊子18之间设置有一根扭簧21。
一个足够用以截取石英玻璃束5的重量的静摩擦是由拉出辊3；4的接触压力34产生的。必须观测到一个最小的静摩擦，低于该最小静摩擦，石英玻璃束5将滑动。另一方面，希望一个尽可能小的接触压力34，用以避免损伤束的表面。因而，该接触压力34被设定如此高以致它产生-与石英玻璃束5结合-一个静摩擦，该静摩擦可靠地防止石英玻璃束5滑动，但是不超过一个预定的最大值(65kp)。该最大值由一台计算机25馈送给一个控制电路37。
所述拉出辊3；4被一个10kp的初始接触压力34压靠在石英玻璃束5上。当石英玻璃束5的重量升高直到按照所需的长度被切断时，接触压力14连续地增大。为此目的，由计算机25计算石英玻璃束5的实际重量。接触压力34被永久地由测压元件22测量，并且所述测量值的平均值被与一个期望值(线23)比较，该期望值由所述计算机25确定，这考虑到了被拉出的石英玻璃束5的实际重量。所得到的比较值被提供给所述控制电路37的一个控制器38而作为一个校正值K，该校正值K调节电动机20。根据石英玻璃束5的重量，接触压力34被增大-只要它小于所述预定的最大力-或者减小。
所述扭簧21具有一个比拉出设备的机构小些的刚度常数。因而，它防止了过调节的发生，特别是在调节参数突然变化的情况下，比如，在玻璃纤维束被按照一定长度切断的时候。
用于开启或者关闭拉出辊3；4的信号被一个存储程序控制器(SPC)39预先确定，通过它，接触压力的标称值也被预先确定。
在本方法的一种变型(未示出)中，用于保持玻璃束所需的接触压力被以一种可计算机控制的方式(计算机25)均匀地分布在两个拉出单元1；2的拉出辊3；4；7；8上。为此，下拉出单元2设有一个相应的测量、控制和移动装置，如图2中所示的上拉出单元1那样。这里，下拉出单元2的拉出辊7；8将仅仅开始与石英玻璃束5啮合，假如拉出辊3；4的接触压力34超过所述65kp的最大接触压力，或者假如其它原因，必需的接触压力在几个拉出辊上的非均匀分布是合理的。拉出辊7；8一提供所述附加静摩擦，拉出辊3；4的接触压力就以一种可计算机控制(计算机25)的方式再次降低到这样一个水平，即所有拉出辊3；4；7；8产生相同的接触压力14。拉出辊7；8的接触压力也被调整了，这里采用了一个控制器，如图2所示。
而且，下拉出单元的拉出辊7；8也可以在一个垂直于石英玻璃束5的纵轴15的方向上总体上被移置，就是说通过包括载体17，辊子18，皮带19以及电动机20的装置。于是，拉出辊7；8的“径向位置”是可变化的。因而，在石英玻璃束上升弯曲的情形下，所述拉出辊7；8能够跟随所述弯曲并能够被以一种可计算机控制的方式在径向上调节。或者，将一个“浮动垫”用于径向调节，该浮动垫允许拉出辊7；8进行径向滑动，而几乎没有任何摩擦阻力。这样一种纯机械的调节方式能够被以比计算机控制方式调节更低的成本实现，并因而特别适用于一个第三平面的拉出辊。
拉出辊3；4；7；8的辊面9由一层硅酸钙涂层形成。这是石棉的一种替代物，其特点是具有高的耐温性和高的摩擦系数。对于石英玻璃束，所测量的摩擦系数约为0.36。另外，为了延长使用寿命，拉出辊3；4；7；8被冷却。进行冷却是指，用氮气流对拉出辊3；4；7；8之上的石英玻璃束5的表面进行吹。
表1给出了在本发明的垂直拉制方法中速度、保持力和接触压力34的实际测量值的实例。
表1
这里，保持力是各自拉出辊的转矩的测量值。上述测量值是在拉制过程中的瞬时记录值。从上述测量值可以明显看出，在本发明的方法中并且由于对速度和转矩(保持力)进行组合调节，可以在各自的拉出辊上为这些参数获得不同的值。
权利要求
1.一种在垂直拉制工艺中生产圆柱形玻璃体特别是石英玻璃体的方法，包括一个方法步骤，其中，玻璃坯料被供应到一个加热区，在该区被软化，通过一个拉出设备以一种可控制的拉延速度从该软化区拉出一个玻璃束，所述拉出设备包括一个第一拉出单元，该第一拉出单元具有在所述玻璃束上滚动并被分布在其圆周上的滚动体，所述滚动体由一个基准滚动体和至少一个辅助滚动体组成，拉延速度通过所述基准滚动体的速度被控制，其特征在于所述基准滚动体(3)的转矩值是根据被拉出的玻璃束(5)的重量确定的，所确定的值被用作一个设定点转矩用于设定在所述至少一个辅助滚动体(4；7；8)上的转矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述至少一个辅助滚动体(4；7；8)上的所述转矩被设定为所述设定点转矩。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于采用了一个拉出设备，该设备包括至少一个第二拉出单元(2)，该第二拉出单元具有多个滚动体(7；8)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述至少一个第二拉出单元(2)的所述滚动体(7；8)在一个垂直于所述玻璃束(5)的纵轴(15)的方向上是可以移动的。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于所述至少一个第二拉出单元的所述滚动体被用作辅助滚动体(7；8)，其设定点转矩被参照所述基准滚动体(3)的转矩而设定。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于所述滚动体(3；4；7；8)以一个可调节的接触压力(34)压靠在所述玻璃束(5)上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述接触压力(34)是根据被拉出的玻璃束(5)的重量设定的。
8.根据权利要求3和权利要求6或7任一项所述的方法，其特征在于当所述第一拉出单元(1)的所述滚动体(3；4)上的接触压力超过一个预定最大接触压力时，所述第二拉出单元(2)的所述滚动体(7；8)被又开始与所述玻璃束(5)啮合，或者与所述玻璃束(5)啮合的所述第二拉出单元的滚动体上的所述接触压力被增大。
9.根据权利要求7或8任一项所述的方法，其特征在于所述接触压力(14)的控制器包括一个阻尼元件(21)。
10.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于所述滚动体(3；4；7；8)具有一个辊面(9)，辊面的摩擦系数在0.2至0.5的范围内。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述辊面(9)包含石棉、石棉替代物或者SiC。
12.一种用于在垂直拉制工艺中生产圆柱形玻璃体特别是石英玻璃体的装置，包括一个环形加热元件，用于加热和软化玻璃坯料，包括一个拉出设备，该拉出设备具有一个框架，该框架将一个第一拉出单元保持在其上，该第一拉出单元具有在所述玻璃束上滚动并被分布在其圆周上的滚动体，所述滚动体由一个基准滚动体和至少一个辅助滚动体组成，所述基准滚动体被连接到一个速度控制器上用于设定所述拉延速度，其特征在于设有一个用于在所述基准滚动体(3)滚动期间确定转矩的装置，以及一个用于将所述至少一个辅助滚动体(4；7；8)上的转矩设定成一个设定点转矩的装置。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于所述拉出设备包括至少一个第二拉出单元(2)，该第二拉出单元具有多个滚动体(7；8)。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述第二拉出单元(2)被固定在所述框架上，所述至少一个第二拉出单元(2)的所述滚动体(7；8)被在一个垂直于所述玻璃束(5)的纵轴(15)的方向上可移动地支承在所述框架上。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于所述第二拉出单元(2)的所述滚动体(7；8)被连接到一个用于设定所述转矩的装置(14)上。
16.根据权利要求12至15任一项所述的装置，其特征在于设有一个接触压力控制器(25；37；38)，通过该控制器，所述滚动体(3；4；7；8)被以一个可调的接触压力(34)压靠在所述玻璃束(5)上。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述接触压力控制器(25；37；38)包括一个阻尼元件(21)。
18.根据权利要求12至17任一项所述的装置，其特征在于设有一个枢轴装置，通过该装置，所述框架能够相对于垂直方向枢转一个倾角。
19.一种用于在垂直拉制工艺中生产圆柱形玻璃体特别是石英玻璃体的装置，包括一个环形加热元件，用于加热和软化玻璃坯料，包括一个拉出设备，该拉出设备具有一个框架，该框架将一个第一拉出单元保持在其上，该第一拉出单元具有在所述玻璃束上滚动并被分布在其圆周上的滚动体，所述滚动体由一个基准滚动体和至少一个辅助滚动体组成，所述基准滚动体被连接到一个速度控制器上用于设定所述拉延速度，其特征在于所述滚动体(3；4；7；8)具有一个辊面(9)，所述辊面的摩擦系数在0.2至0.5的范围内。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于所述辊面(9)包含石棉、石棉替代物或者SiC。
全文摘要
在一种在垂直拉制工艺中生产圆柱形玻璃体的公知方法中，玻璃坯料在一个加热区被软化，并通过一个拉出设备以一种可控制的拉延速度拉出成为一个玻璃束，所述拉出设备包括一个第一拉出单元，该第一拉出单元具有在所述玻璃束上滚动并被分布在其圆周上的滚动体，所述滚动体由一个基准滚动体和至少一个辅助滚动体组成，拉延速度通过所述基准滚动体的速度被控制。由此开始，为了减少由拉出设备引起的玻璃束的表面损伤，并避免因现有的玻璃束弯曲法引起的变形，根据本发明建议，基准滚动体(3)的转矩值应当根据被拉出的玻璃束(5)的重量确定，所确定的值应当被用作一个设定点转矩用于设定在至少一个辅助滚动体(4；7；8)上的转矩。
文档编号C03B17/04GK1615278SQ02827474
公开日2005年5月11日 申请日期2002年1月23日 优先权日2002年1月23日
发明者T·博达恩, O·冈茨 申请人:赫罗伊斯·坦尼沃有限公司