用于拉丝坩埚的加固的终端耳部件的制作方法

用于拉丝坩埚的加固的终端耳部件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种拉丝坩埚组件，其包括被联接于该拉丝坩埚组件的相对的端壁(2)的终端耳部件(1)，以用于加热拉丝坩埚的漏板和壁，每个所述终端耳部件都包括：(a)导电的板，所述导板至少包括第一部(1A)，其沿着纵轴(X1)从基本上垂直于所述纵轴(X1)的第一终端边缘(1D)延伸并且被联接于拉丝坩埚的端壁(2)，并且进一步包括第二、自由终端边缘(1C)，其可被连接至电源，以及(b)至少一个细长的加固构件(1B)，其至少被联接于所述板的所述第一部(1A)以增加后者的弯矩，其特征在于，所述至少一个细长的加固构件(1B)沿着与所述纵轴(X1)不平行的方向从板的第一终端边缘(1D)或邻接于板的第一终端边缘延伸。
【专利说明】用于拉丝坩埚的加固的终端耳部件

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于加热使熔融玻璃变细为玻璃纤维的拉丝坩埚的终端耳部件。 特别是，涉及一种加固的终端耳部件，其能够承受在拉丝坩埚使用期间所经受的热机械应 变。

【背景技术】
[0002] 玻璃纤维可通过在熔炉中熔化玻璃成分并将其穿过拉丝坩埚组件的漏板拉出而 生产。拉丝坩埚组件通常是矩形盒状的形式，其具有形成其外周边缘的两对相对的侧壁和 端壁，其中顶部具有与熔炉流体连通的开口。底板包括漏板，该漏板是包括大量孔或漏嘴的 板，玻璃熔体可流过这些孔或漏嘴以形成纤维，该纤维变细以达到其所需直径。为了确保黏 性的最优控制，必须精确控制漏板的温度。漏板的温度决定于玻璃熔体成分，但是通常远高 于1200°C。由于极端的工作条件，因此拉丝坩埚组件的不同部件由钼或钼合金制成，尤其是 钼铑合金。
[0003] 拉丝坩埚通过使电流流过该拉丝坩埚主体而被电加热，该电流从夹在第一终端耳 部件上、电联接于拉丝坩埚主体的第一端壁的第一连接器流向夹在第二终端耳部件上、热 联接于拉丝坩埚主体的与第一端壁相对的第二端壁的第二连接器。在现有技术中提出了终 端耳部件的各式几何形状。可以说，在几乎所有例子中，它们都至少包括从拉丝坩埚的端 壁横向伸出的薄板。为了防止连接器（通常由铜制成）过热和变形，它们通常被水冷。终 端耳部件因此受到位于水冷连接器被夹住的自由端与被联接于温度远高于1200°C的拉丝 坩埚的端壁的端部之间的严重的热梯度的影响。这种极端的温度梯度存在两个缺陷，第一， 当拉丝坩埚的漏板的层面上要求均质温度时，连接器的冷却也冷却了拉丝坩埚的端壁。第 二，由于随着温度在几分米内变化l〇〇〇°C的热膨胀的不同等级，在被固定于拉丝坩埚主体 的相对的端部的终端耳部件中产生了大量热应变，这导致耳部件翘曲以及大量内部应力的 产生。此外，终端耳部件还受到由发电机产生的振动的影响，该发电机供应电流，该电流用 于加热耳部件或加热穿过漏板、并且通过侧壁被传递至终端耳部件的熔融玻璃的液流。热 应变和振动的结合最终导致终端耳部件由于高温疲劳而失效。
[0004] 为了延长耳部件的工作寿命，现有技术中已经提出了加固的耳部件。例如， US4026689提出了一种T形终端耳部件，其包括基本上从拉丝坩埚组件的端壁水平伸出的 顶板，以及基本上垂直于顶板和拉丝坩埚端壁、而不与后者接触的底板。电连接器可以被联 接于底板的自由端。底板还作为顶板的加劲肋，但是顶板与底板之间的焊接对热十分敏感 并且对耳部件受到的疲劳应变十分敏感。
[0005]US4634460公开了一种用于加热用作玻璃熔化熔炉的启动的排放拉丝坩埚的终端 耳部件。该终端耳部件通过角撑件加固，该角撑件通常是U字形条或带，该条或带具有中央 部和从中央部基本上以直角延伸的两个锥形腿。角撑件被联接于终端耳部件，提供了该耳 部件的支撑。与使玻璃纤维变细、包括具有大量小漏嘴的漏板的拉丝坩埚不同，排放拉丝坩 埚仅具有数量有限的大排放孔。出于这种原因，耳部件和角撑件可以通过如焊接被整体连 接至排放拉丝坩埚的底壁，而用于生产玻璃纤维的拉丝坩埚组件并非如此。
[0006] US3512948公开了一种拉丝坩埚组件，其包括由两个钼铑合金的板构件形成的倒 Y字形式的终端，其杆沿端壁的中线向上延伸，并且通过该壁被连接至内部V字形网格。该 Y字形的臂横跨端壁延伸但是在离边缘不远处终止。该臂的走向和角度被计算为给出横跨 壁的所需电流分布，并且在供给器中具有熔融玻璃，以消除在供给器角落中的"冷点"。
[0007] W001/74727公开了一种用于将电流传导至拉丝坩埚的终端耳部件，该终端耳部件 包括：具有纵轴的导电部，其可在所述导电部的第一端处被联接于拉丝坩埚，并且在垂直于 所述纵轴的平面内具有第一横截面；以及细长的支撑部，其被联接于所述导电部、基本上平 行于所述纵轴延伸、并且在垂直于所述纵轴的平面内具有第二横截面，所述第二横截面的 转动惯量大于所述第一横截面的转动惯量。虽然W001/74727中公开的终端耳部件具有更 高的弯曲抗性，但是其扭曲抗性和翘曲抗性并不是令人满意的。
[0008] 存在对于具有增强的热抗性和疲劳应变抗性、并因此具有延长的工作时间的拉丝 坩埚终端耳部件的最优设计的需求。通过本发明解决了上述及其他问题。


【发明内容】

[0009] 本发明由所附独立权利要求限定。优选实施方式由从属权利要求限定。特别是， 本发明涉及一种拉丝坩埚组件，其包括被联接于该拉丝坩埚组件的相对的端壁的终端耳部 件，以用于加热拉丝坩埚的漏板和壁，每个所述终端耳部件都包括：
[0010](a)导电的板，所述导电的板至少包括第一部，所述第一部沿着纵轴（Xl)从基本 上垂直于所述纵轴（Xl)的第一终端边缘延伸、并且被联接于拉丝坩埚的端壁，并且所述导 电的板进一步包括能够被连接至电源的第二、自由终端边缘，以及
[0011] (b)至少一个细长的加固构件，所述加固部件至少被联接于所述板的所述第一部， 以增加所述第一部的弯矩，
[0012] 其特征在于，所述至少一个细长的加固构件沿着与所述纵轴即不平行又不垂直的 方向从所述板的第一终端边缘延伸或邻接于所述板的第一终端边缘延伸。
[0013] 在优选实施方式中，至少一个细长的加固构件接触被联接于第一终端边缘的端 壁，并且由导电材料制成，优选地由与所述板的第一部相同的材料制成，并且优选地被焊接 或软焊接至所述端壁和所述板的第一部。
[0014] 优选的是，每个终端耳部件都包括至少两个或多个细长的加固构件。在一个实施 方式中，其包括至少两个加固构件，所述加固部件沿着纵轴（Xl)从第一终端边缘朝向彼此 会聚以形成V字形或形成X字形，优选但非必须地，所述加固部件在V字形的顶点处相连，。 在可替代实施方式中，每个终端耳部件都包括形成斜体的N字形的三个细长的加固构件， 优选但非必须地，所述加固部件在N字形的每个顶点处相连，或包括形成W字形或一系列邻 接的V字形的四个或更多细长的加固构件，优选但非必须地，所述加固部件在W字形或V字 形的每个顶点处相连。
[0015] 加固构件可以是多种横截面的梁，例如但不限于Ι、Τ、Γ、π、Λ、η、t.或?。优选的 是，所有加固构件都被联接于顶板第一部的相同侧，即不是被联接于其顶侧就是被联接于 其底侧。导电的板优选地沿基本上平行于第一终端边缘和第二终端边缘的折叠线被折叠， 包括第一终端边缘和折叠线的板的第一部横切于包括所述折叠线和第二、自由终端边缘的 第二平面部。加固构件优选地仅在导电的板的第一部上延伸。

【专利附图】

【附图说明】
[0016] 为了全面理解本发明的本质，结合附图参考以下具体说明，其中：
[0017] 图1 :示出根据本发明的终端耳部件。
[0018] 图2 :示出根据本发明的两个实施方式的包括终端耳部件的拉丝坩埚组件。
[0019] 图3 :示出根据本发明的终端耳部件的俯视图。
[0020] 图4 :示出根据本发明的加固构件的不同几何形状。

【具体实施方式】
[0021] 如图1和图2所示，拉丝坩埚组件包括薄导电板形状的两个终端耳部件（1)，该终 端耳部件经由其第一终端边缘（ID)与拉丝坩埚（2)的两个相对的端壁（2A)导电性接触。 如图2中所示，拉丝坩埚（2)的外周主要由两个侧壁（2B)和两个端壁（2A)所限定。每个 终端耳部件都至少包括第一部（IA)，该第一部沿着纵轴（Xl)基本上垂直于第一终端边缘 (ID)地从该第一终端边缘（ID)延伸。每个终端耳部件（1)都包括与第一终端边缘（ID)相 对的第二、自由终端边缘（1C)。如图1和图2所示，第二、自由终端边缘（1C)可以位于板的 第一部（IA)的相对端，或其可以属于耳部件的第二部，该第二部通过折叠线（IF)优选地基 本垂直于第一方向（Xl)地与第一部（IA)分开。如图2所示，在使用中，连接器（5)被联接 于两个终端耳部件（1)中每一个的第二、自由终端边缘（1C)，并且两个连接器被连接至电 源（6)，该电源驱动电流从电源的一极到达一个连接器（5)、流过第一耳部件（1)、流过拉丝 坩埚的壁（2A、2B)和漏板、随后流出第二耳部件及其连接器以到达电源的第二极。通过焦 耳效应实现了耳部件和拉丝坩埚的壁以及漏板的加热。
[0022] 连接器（5)通常由铜及其合金制成，并且应被保护以免受从拉丝坩埚的壁辐射出 的过度热量。为此，连接器通常被水冷，从而仅在几分米的短距离内产生极端的温度梯度 (约为KKKTC)，这是在终端耳部件内产生重要的内部应力的原因。如果发电机或流过漏板 的熔融玻璃液流并未产生通过拉丝坩埚的端壁（2A)和第一终端边缘（ID)传递到耳部件的 振动，则系统可能找到平衡状态。结合有高温和高温度梯度的这种振动导致薄终端耳部件 的变形并最终导致其失效。观察到的是，形成于终端耳部件上的主应变场不一定遵循温度 梯度的方向，而是遵循横切于该温度梯度方向的方向，这可能由材料中累积的内部应力所 驱动。如W001/74727所教导的那样，通过平行于第一方向（Xl)延伸的加固构件来加固终 端耳部件可以提高终端耳部件抵抗围绕基本上垂直于所述第一方向（Xl)的方向弯曲的抵 抗力，但是抵抗沿着在纵向方向（Xl)和与该纵向方向垂直的方向之间的方向，例如沿着相 对于终端耳部件的第一边缘（ID)形成大约45度角的方向，延伸的扭曲和应变场是低效的。 为此，根据本发明的终端耳部件设置有至少被联接于所述第一部（IA)的一个或两个细长 的加固构件（1B)，该细长的加固构件沿着横切于（即，既不平行也不垂直）所述纵轴（Xl) 的方向从板的第一终端边缘（ID)或邻接于板的第一终端边缘延伸。优选的是，远离板的第 一终端边缘（ID)延伸的细长的加固构件（IB)与板的第一终端边缘之间形成包括在10度 与80度之间的角度，优选的是20度与70度之间，更优选的是30度与61度之间，最优选的 是45±5度。
[0023] 根据一个或多个加固构件（IB)是否应有助于拉丝坩埚的加热，所述加固构件的 一端可以在终端耳部件的第一终端边缘（ID)的水平面上接触或不接触相应的端壁（2A)。 在后者的情况下（即，不接触），电流仅会通过终端耳部件第一部（IA)被传递至拉丝坩埚 的端壁（2A)，加固构件仅满足机械功能。另一方面，如果加固构件（IB)接触拉丝坩埚的端 壁（2A)，则其同时满足机械功能和热功能，同时电流也会通过加固构件被传递至拉丝坩埚 的端壁，由此增加了终端耳部件组件（1)与拉丝坩埚的端壁（2A)之间的接触面积。电流应 如何被带到拉丝坩埚的壁以在通过拉丝坩埚组件传递的熔融玻璃内产生所需的热模式是 本领域中经常性的问题，并且通常由本领域的技术人员通过有限元建模（fem)而解决。加 固构件（IB)优选地由导电材料制成，优选地由与板第一部（IA)相同的材料制成，并且优选 地被焊接或软焊接至板第一部（IA)的表面，并且，如果适用的话，被焊接至拉丝坩埚的端 壁（2A)。
[0024] 根据本发明的终端耳部件优选地包括至少两个细长的加固构件（IB)。如图3所 示，可以实施加固构件的多种几何形状布局。两个加固构件可以沿着纵轴（Xl)远离第一终 端边缘（ID)朝向彼此会聚，以形成V字形或X字形。此外，两个加固构件可以在或不在V字 形的顶点处或在X字形的交点处相连（参见图3(a)、3(c)、3(e))。两个加固构件可以沿着 纵向方向（Xl)远离第一终端边缘（ID)彼此分离，以形成例如Λ形。如图3(b)、3(d)、3(f) 所示，将会聚和分离的加固构件结合允许形成W字形、斜体的N字形或双X字形。这些不同 的几何形状意味着，沿着在终端耳部件中发展的主应变场最强地加固该终端耳部件，并且 最优的几何形状将取决于每一特定的拉丝坩埚组件（即，拉丝坩埚壁的几何形状、所需的 玻璃温度、终端板的几何形状等等）。此外，特定情况的有限元分析可以最有利地被用于评 估应力场遵循的主要方向。如果需要的话，如W001/74727中所教导的沿着平行于第一方向 (Xl)的方向延伸的额外的加固构件可被添加为横向加固构件，以完成加劲阵列。图3中所 表述的加固构件（IB)有时相互接触或接触第一终端边缘（ID)，有时并不接触，以表示本发 明的通用性。优选的是，加固构件接触拉丝坩埚的端壁（2A)，并因此有助于拉丝坩埚的壁的 加热。
[0025] 加固构件（IB)增加了终端耳部件（1)的弯矩。如图1所示，终端耳部件垂直于纵 轴（Xl)的横截面由第一线性部（IlA)和横向部（IlB)组成，该第一线性部（IlA)对应于终 端耳部件的第一部（IA)对弯矩的贡献，该横向部（IlB)对应于加固构件的贡献，后者增加 了终端耳部件的弯矩。细长的加固构件可以具有不同的几何形状。如图1、图2和图4(a) 所示，加固构件可以是I字形梁的形式。另外，细长的加固构件可以包括用于增加其在不同 方向上的弯矩的加劲肋。这可以有利地稳定终端耳部件，以抵抗不同方向上的扭曲应变。特 别是，如图4(b)至4(h)所示，细长的加固构件可以是Γ、Τ、?、t、A、n或η的形状。具有 两条"腿"的外形，例如如图4(f)至4(h)所示的Λ、Π或η，对于加固和稳定受到不同方向 上的强弯矩影响的终端耳部件是尤为有利的。
[0026] 在图2(b)中所示的优选实施方式中，终端耳部件包括槽（3)，该槽包括：
[0027] ?在板的第二、自由边缘（1C)处的宽度为Wa的第一、开放端，
[0028] ?朝向所述第一边缘（ID)延伸的、间隙宽度为Wb的细长部，以及
[0029] ?与终端耳部件的第一边缘（ID)分开的第二、闭合端（3C)，并且该第二、闭合端具 有弯曲的几何形状。
[0030]进一步优选的是，在槽的弯曲的第二端的任一点处的曲率1A2R)小于槽第一开 放端宽度Wa和细长部宽度Wb中的最小间隙宽度Wtl的倒数1/X，其中，R是在弯曲的第二端 (3C)的任一点处的半径。槽（3)允许通过允许在间隙侧的板的一个半部相对于槽相对侧的 另一半部的一些变形来释放相当大部分的内部应力。细长加固构件（IB)允许加固彼此独 立的板的每一个半部。所述实施方式允许进一步延长拉丝坩埚组件中终端耳部件的工作寿 命。
【权利要求】
1. 一种拉丝坩埚组件，其包括被联接于该拉丝坩埚组件的相对的端壁（2)的终端耳部 件（1)，以用于加热拉丝坩埚的漏板和壁，每个所述终端耳部件都包括： (a) 导电的板，所述导电的板至少包括第一部（IA)，所述第一部沿着纵轴（Xl)从基本 上垂直于所述纵轴（Xl)的第一终端边缘（ID)延伸、并且被联接于拉丝坩埚的端壁（2A)，并 且所述导电的板进一步包括能够被连接至电源的第二、自由终端边缘（1C)，以及 (b) 至少一个细长的加固构件（IB)，所述加固部件至少被联接于所述板的所述第一部 (IA)，以增加所述第一部的弯矩， 其特征在于，所述至少一个细长的加固构件（IB)沿着与所述纵轴（Xl)即不平行又不 垂直的方向从所述板的第一终端边缘（ID)延伸或邻接于所述板的第一终端边缘延伸。
2. 根据权利要求1所述的拉丝坩埚组件，其中，至少一个细长的加固构件（IB)接触 被联接于第一终端边缘（ID)的端壁（2A)，并且由导电材料制成，优选地由与所述板的第一 部（IA)相同的材料制成，并且优选地被焊接或软焊接至所述端壁（2A)和所述板的第一部 (IA)。
3. 根据权利要求1或2所述的拉丝坩埚组件，其包括至少两个细长的加固构件（IB)， 优选地，所述加固部件沿着纵轴（Xl)从第一终端边缘（ID)朝向彼此会聚，以形成V字形或 形成X字形，优选地但非必须地，所述加固部件在V字形的顶点处相连。
4. 根据前述权利要求所述的拉丝坩埚组件，其中，每个终端耳部件都包括形成斜体的 N字形的至少三个细长的加固构件（IB)，优选地但非必须地，所述加固部件在N字形的每个 顶点处相连，并且优选地，每个终端耳部件都包括形成W字形或一系列邻接的V字形的四个 或更多的细长的加固构件，优选地但非必须地，所述加固部件在W字形的每个顶点处相连。
5. 根据前述任意一项权利要求所述的拉丝坩埚组件，其中，所述加固构件（IB)为具有 基本上i、t、r、n、八、n、t或1：形状横截面的梁的形状。
6. 根据前述任意一项权利要求所述的拉丝坩埚，其中，所有加固构件（IB)都被联接于 所述板的第一部（IA)的顶侧或底侧。
7. 根据前述任意一项权利要求所述的拉丝坩埚，其中，所述板的第二终端边缘（1C)不 在由第一终端边缘（ID)和纵轴（Xl)所限定的平面上，并且优选地，所述导电的板沿基本上 平行于第一终端边缘和第二终端边缘（ICUD)的折叠线（IF)被折叠。
8. 根据前述任意一项权利要求所述的拉丝坩埚，其中，每个终端耳部件都包括槽（3)， 该槽包括： ?在所述板的第二、自由边缘（1C)处的宽度为Wa的第一、开放端， ?朝向所述第一边缘（ID)延伸的、间隙宽度为Wb的细长部，以及 ?与所述终端耳部件的第一边缘（ID)分开的第二、闭合端（3C)，并且所述第二、闭合端 具有弯曲的几何形状。
9. 根据前述权利要求所述的拉丝坩埚，其中，所述槽的细长部基本上平行于纵轴（Xl) 延伸。
10. 根据权利要求8或9所述的拉丝坩埚，其中，在所述槽的弯曲的第二端（3C)的任一 点处的曲率1A2R)都小于所述槽第一开放端宽度Wa和所述细长部宽度Wb中的最小间隙宽 度Wtl的倒数1/\，其中，R是在弯曲的第二端（3C)的任一点处的半径。
【文档编号】C03B37/09GK104364210SQ201380027574
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年5月17日 优先权日:2012年5月29日
【发明者】菲利普·西蒙, 迪米特里·劳伦特 申请人:3B玻璃纤维公司