DE2448256A1

DE2448256A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von hohlkoerpern mit profil durch strangpressen

Info

Publication number: DE2448256A1
Application number: DE19742448256
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl Ing Dr Roeder; Edmund Steinbeck
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1974-10-10
Filing date: 1974-10-10
Publication date: 1976-04-22
Also published as: DE2448256C3; JPS5164518A; NL7511704A; DE2448256B2; US4022603A; FR2287322A1; GB1524388A; FR2287322B1

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, 2 Hamburg 1, Steindamm 94

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Hohlkörpern mit Profil durch Strangpressen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Strangpreßverfahren zur Herstellung von Stangen, Rohren oder beliebigen Profilen sind aus der Metall- und Kunststoff verarbeitenden wie auch aus der keramischen Industrie bekannt. Mit Entwicklung neuer Glassorten ₉ die sich nicht ohne Schwierigkeiten mit Hilfe der herkömmlichen Verfahren - Gießen, Blasen, Ziehen, Pressen, Walzen - verarbeiten lassen, hat das Strangpressen auch in die Glastechnologie Eingang gefunden. Hierbei ist z.B. zu denken an die Herstellung von Halbzeugen aus Gläsern, die für die optische Nachrichtenübertragung Verwendung finden.

(PVE 03/198 + 201)
PHD 74-201
Lu - - 2 -

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Halbzeuge, wie stranggepreßte Rohre oder Stangen, werden in mehreren anschließenden Ziehprozessen zu Fasern sehr geringen Durchmessers ( /um-Bereich) ausgezogen. Für einen speziellen Wellenleitertyp (sog. "single material fibre") werden Glasfasern benötigt, die ein Innenprofil aufweisen. Der rohrförmige Glaskörper hat dabei eine Innenstruktur, quasi ein Zellenwerk, besteht aber aus einer homogenen Glasmatrix. Dem Verwendungszweck entsprechend sind an die Qualität solcher Art strukturierter Hohlkörper hohe Anforderungen zu stellen. Es muß gewährleistet sein, daß die geometrische Anordnung des Zellenwerks innerhalb der Glasrohre, die in anschließenden Ziehprozessen auf die gewünschten sehr geringen Durchmesser ausgezogen werden, während aller Bearbeitungsschritte keine Veränderungen erfährt, daß also die gewünschten Größenverhältnisse des Außenrohres und des Zellenwerkes weitestgehend unverändert bleiben. Es muß aber auch gewährleistet sein, daß sich keine mechanischen Spannungen ergeben auf Grund von unterschiedlichen Dickenverhältnissen der Rohrwandung und des das Profil bildenden Zellenwerkes.

Es ist bekannt (The Bell System Technical Journal, 52, (1973), S. 265 - 269), Fasern mit einem innenprofil auf folgende Weise herzustellen: Zunächst wird ein Glasstäbchen von etwa 1 mm Durchmesser auf einer etwa 0,2 mm dicken Glasplatte (in nicht näher beschriebener Weise) befestigt und diese Kombination in ein Glasrohr von 6,5 mm Innen- und 10 mm Außendurchmesser eingebracht. Diese aus drei Einzelteilen (der gleich Glassorte) bestehende Anordnung wird sodann zu einer dünnen Faser von etwa 100 /um Durchmesser ausgezogen.

Dies ist ein sehr kompliziertes, kaum reproduzierbares und allenfalls für Laborzwecke geeignetes Verfahren. Für eine industrielle Fertigung von Glasfasern der beschriebenen Art ist dieser Weg kaum gangbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben;, mit deren Hilfe Hohlkörper mit einem Innenprofil, gewünschtenfalls gleichzeitig mit einem Außen-

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profil in einem einzigen Arbeitsgang und insbesondere in bezug auf die Abmessungsverhältnisse in reproduzierbarer Qualität hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebene Ausbildung des Verfahrens und durch die Ausbildung der zur Durchführung des Verfahrens angegebenen Vorrichtung gelöst.

Vorteilhafte weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß selbst komplizierte Innenprofile, ggf. ergänzt durch Außenprofile, in einem einzigen Arbeitsgang mechanisch spannungsfrei hergestellt werden können, wobei Verfahren und Vorrichtung auch für eine Großserienfertigung, ggf. als kontinuierlicher Prozeß, geeignet sind. Für das Herstellen von Halbzeugen aus Spezialgläsern für die optische Nachrichtenübertragung ergibt sich als weiterer Vorteil, daß auf Grund ihrer chemischen Zusammensetzung selbst schwierig verarbeitbare Gläser zu profilierten Halbzeugen hoher Qualität verpreßt werden können. Bei der Verarbeitung eines Glases spielt die Viskosität eine sehr wichtige Rolle. Vom schmelzflüssigen Zustand bis zur Raumtemperatur durchläuft sie nicht weniger als 17 Zehnerpotenzen. Sofern sich die Viskosität stark mit der Temperatur ändert, erstreckt sich der Verarbeitungsbereich nur über ein enges Temperaturintervall. Bei derartigen Glassorten, bei denen während der Formgebung nur eine geringfügige Temperaturänderung zulässig ist, ist es besonders schwierig, Innenprofile gleichbleibender Qualität abmessungsgenau zu erreichen. Da beim Strangpressen durch die weitgehend konstant bleibende Temperatur des Rezipienten und der Matrize größere TemperaturSchwankungen vermieden werden, lassen sich Profile selbst aus den sog. "kurzen Gläsern", also Gläsern mit einem engen Temperaturbereich für die Verarbeitung gut herstellen, da die Arbeitstemperatur und damit die für die Ausbildung von Profilen erforderliche Visko-

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sität (sie muß u.lh höher sein als sie z»B. bei der Herstellung eines Vollstabes sein müßte) sehr gut konstant gehalten werden kann. ;

Einen weiteren Vorteil bietet das erfindungsgemäße Verfahren bei der Verarbeitung von Gläsern mit hoher Kristallisationsneigung. Da das zu verarbeitende Glas nahezu vollständig durch den Rezipienten, den Stempel und die Matrize umschlossen ist, können größere Verformungskräfte auf das Glas ausgeübt werden, als dies bei einachsiger Beanspruchung, etwa beim Ziehen, möglich ist. Dies bedeutet, daß die Formgebung beim Strangpressen bei höherer Viskosität, d.h. also bei niedrigerer Temperatur als bei den bekannten Methoden zur Herstellung von Glasrohren mit Innenprofil durchgeführt werden kann. Der exakten Ausbildung eines Innenprofils kommt dieser Umstand zugute. Ein weiterer beträchtlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß das aus dem Matrizenkanal noch heiß austretende Halbzeug sofort ohne weiteren Abkühlprozeß auf größere Längen ausgezogen werden kann, d.h., daß eine Querschnitt sverringerung des Halbzeugs auf eine für das Profil sehr schonende Weise erreicht werden kann«,

Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung fargestellt und werden im folgenden näher "beschrieben« Es -zeigen

Fig. Ia₅ 1b, 1c . Vorrichtungen zur Durchführung des Ver-

.fahrens gemäß der Erfindung, . ·

Fig. 2a, 2b, 2c Schnitte durch mit den Vorrichtungen nach

den Fig. la, 1b und 1c hergestellten profilierten Hohlkörpern;-- ■' ■" "

In den Fig. 1a, 1b und 1c. sind jeweils Matrizen A im Schnitt dargestellt, deren Ober- und Unterseiten B und C als Draufsicht gezeigt sind. Das in Fig* 2a im Schnitt dargestellte Rohr mit Innenprofil ist mit der in Fig. 1a gezeigten Matrize, das Profil der Fig. 2b mit der in Fig. 1b dargestellten Matrize und das in Fig. 2c gezeigte Profil mit der, in Fig_s 1c dargestellten Matrize' hergestellt.

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Das zu verpressende Material, beispielsweise ein anorganisches Glas, fließt nach Erwärmen auf die Preßtemperatur und Aufbringen des Preßdrucks zum Teil durch Kanäle 1 eines Dornes 2 in einen ringförmigen Spalt 3 und bildet so ein Rohr 4 (vgl. Fig. 2a, 2b und 2c). Zugleich strömt ein anderer Teil der zu verpressenden Masse durch mindestens einen Kanal 5. Aus diesem tritt die zu verpressende Masse sowohl durch eine verengte Öffnung 6 (vgl. Fig. 1a), einen Kern 7 bildend, als auch durch Schlitze 8, Stege 9 bildend*, aus. Der radial strömende Anteil mündet dabei in das Rohr 4 ein. Auf diese Weise entsteht das in Fig. 2a gezeigte Profil. Dasselbe gilt für die in den Fig. 2b und 2c gezeigten Profile unter Anwendung von Matrizen, wie sie in den Fig. 1b und 1c dargestellt sind. Zur Vermeidung von Verspannungen im austretenden Profil müssen die durch die Kanäle 1 und 5 strömenden Preßmasseflüsse mengenmäßig aufeinander abgestimmt sein. Dies läßt sich durch Aufoder Abwärtsschieben eines Bauteiles 10, z.B. eines Stellringes, bewerkstelligen. Hierdurch wird die Austrittsgeschwindigkeit des Rohres 4 (vgl. Fig. 2a, 2b und 2c) vermindert bzw. erhöht.

Der in den Fig. 2a, 2b und 2c im Schnitt dargestellte Preßling hat einen Außendurchmesser von ^/20 mm, der aus fertigungstechnischen Gründen im Matrizenbau nicht wesentlich unterschritten werden kann. Um Glasfasern von einem Durchmesser in der Größenordnung von .£ 100 /um herstellen zu können, wird der noch heiß aus dem Matrizenkanal austretende Preßling unter Ausnutzung der Erwärmung im Preßwerkzeug sofort einem Ziehprozeß unterworfen, um seinen Querschnitt auf das gewünschte Maß zu verringern. Dabei kann die Ziehtemperatur im Bedarfsfall geringfügig höher sein als die Preßtemperatur.

Für dieses Ausführungsbeispiel wurde die Herstellung von Fasern aus Spezialgläsern beschrieben. Es ist selbstverständlich ebenso möglich, andere Werkstoffe zur Herstellung von profilierten Halbzeugen in gleicher Weise zu verwenden. Als Werkstoffe könnten Metall oder auch Kunststoff in Betracht gezogen weiden.

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In gleicher Weise ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zur Durchführung des Verfahrens beschriebenen Vorrichtung möglich für die Herstellung von Hohlkörpern mit Innenprofil, die größere Abmessungen erfordern als die beschriebenen Glasfasern. Es ist hierbei zu denken an Wärmeaustauscher oder auch Leitungssysteme für den getrennten Transport von gasförmigen oder flüssigen Medien.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche:

Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern mit Profil, insbesondere aus anorganischen Gläsern durch Strangpressen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verpressende Masse durch das Preßwerkzeug während des Preßvorganges in getrennt dosierbare Einzelportionen aufgeteilt wird, die anschließend derart vereinigt werden, daß dem fertigen Preßling ein Innenoder ein Innen- und gleichzeitig ein Außenprofil erteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelportionen in ihrer Menge so dosiert werden, daß Spannungen im fertigen profilierten Preßling vermieden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

zu verpressende Masse während des Preßvorganges plastifiziert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Plastifizierung der zu verpressenden Masse durch Erwärmung bewirkt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zu verpressende Masse ein Glas, insbesondere ein hochschmelzendes Glas, verwendet wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß das zu verpressende Glas unterhalb der Entglasungstemperatur verarbeitet wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling unmittelbar nach dem Austritt aus dem Preßwerkzeug einer Längsdehnung und damit einer Querschnittsveri^ingerung unterworfen wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zu verpressende Masse ein Metall verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß als zu verpressende Masse ein hochpolymerer Kunststoff verwendet wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Matrize (A) mit dem zu "bildenden Profil entsprechend geformten und dimensionierten Durchtrittsöffnungen (1 und 3) für die zu verpressende Masse, wobei die Größe wenigstens eines Teiles der Durchtrittsöffnungen (3) einstellbar ist durch mindestens einen beweglichen, einen Teil der Matrize bildenden Bauteil (10). (Fig. 1a, 1b)
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Bauteil (10) ein Stellring ist. (Fig. 1a, 1b).

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