CN1298648C - 生产玻璃纤维的装置和方法 - Google Patents

Abstract

利用具有加热衬套的纤维炉和用于保持和输送预制品的随动装置，由预制品生产玻璃纤维的装置和方法。玻璃纤维传送至拉丝和上浆设备处，并在卷带轴上作为纤维束进行卷绕。加热衬套以矩阵形结构设置，用于容纳多个预制品。玻璃纤维以带状提供，从而在玻璃纤维由拉丝和上浆设备接收时彼此紧邻。主矩阵轴相互间成给定的偏置角，从而使矩阵形结构优选是偏菱形结构。流动装置在加热衬套中形成预定的气流。温度和冷却控制装置在加热衬套中产生预定的温度分布曲线。

Description

生产玻璃纤维的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用预制品生产玻璃纤维，特别是多组分玻璃纤维的装置，所述装置具有带加热衬套的纤维炉，具有用于保持和输送预制品到加热衬套中的随动装置，以及用于将玻璃纤维传递到组装设备的拉丝和上浆设备。本发明进一步涉及一种用预制品制造玻璃纤维的方法，其中预制品由随动装置引入到纤维炉的加热衬套中，从加热衬套中拉出的玻璃纤维在下游冷却区冷却，并经过拉丝装置传递到组装设备。

背景技术

在用于制造玻璃纤维的常规装置和方法中，将预制品引入加热衬套并熔化。玻璃从预制品连续流出并从纤维炉下面的加热衬套拉出。

预制品包括至少一个具有预定直径的特定玻璃材料棒。但是，对于玻璃纤维束中多组分玻璃纤维的使用，相对于每根玻璃纤维的直径或者同时生产的多个玻璃纤维的直径变化，玻璃纤维有必要具有一定的质量，对于传导通过玻璃纤维的光来说，获得最佳反射率也是必需的。在由多层预制品制成的多组分玻璃纤维的情况下可实现这些性质，所述多层预制品包括芯棒和例如涂层管。从预制品中拉出的玻璃纤维具有芯和与其连接的包层。在这种情况下，高反射性质由具有特定折射率的包层产生。芯棒由比包层材料折射率更高的材料制成，以确保光传导和光学性质。

当熔化预制品时，第一玻璃液滴的滴下具有包层材料在芯材料上拉丝，并使两种材料结合的作用。为了保持材料厚度不变并使玻璃纤维中不同材料产生最佳光学性质，有必要使玻璃纤维的直径保持不变。此外，纤维炉中的温度分布曲线对于由此生产的玻璃纤维的光学和机械性质具有决定性的作用。

生产玻璃纤维的不同方法的使用主要取决于要生产的玻璃纤维的类型和质量，或者纤维形成的速度以及同时生产的玻璃纤维的数量。

公开的美国专利申请No.2003/0079501A1公开了一种用于玻璃光纤的多拉丝装置，这些玻璃纤维由单层预制品拉出。这些预制品一般由石英玻璃制成，在2000℃条件下它们在拉丝炉中熔化。纤维从拉丝炉中抽取出，其直径的精度由拉丝塔(draw tower)中的相应装置进行检验或测量，随后在纤维上涂覆聚合物材料。之后，纤维在卷带轴上卷紧。以这种方式由石英玻璃制成的纤维用在电信技术中或者用于数据传输。

由于对直径精度的要求增加，并且由于随之而来的必要的试验测量，总是单独拉丝并在拉丝炉之后单独进行后处理。与现有的单根纤维生产方法相比，出版的美国专利申请No.2003/0079501A1作出的改进是生产单根纤维的多个自备地(autonomously)操作装置可以并行连接，以便允许相应数量的玻璃纤维能同时生产。

这种生产类型不适合多组分玻璃纤维的形成，这是因为通常使用玻璃纤维束中的多根纤维，而这些纤维必须满足有关对直径精度和涂层的不同要求。已经发现，即使多个这些设备并行连接用单根纤维拉丝装备节省成本地制造这种玻璃纤维束是不可能的。

特别是，已经发现这些装置的一个缺点是，虽然多个的单根纤维拉丝设备并行连接，但是玻璃纤维的数量被限制为明显低于所需的数量。对于节省成本地制造玻璃纤维束来说，许多单根纤维应该同时生产。在根据现有技术的装置的情况下，有关单根纤维的后处理也需要相当大的成本，由此使光学***的纤维束的形成理是不经济的。

与用于数据传输的玻璃纤维相比，在多组分玻璃纤维的情况下，对于单根纤维的质量的担心比对于整个纤维束的质量的担心要少。此外，与用于数据传输的纤维的情况不同，考虑成本节省对于使用包括多组分玻璃纤维的玻璃纤维束来说具有明显较大的作用。

已经发现，使用玻璃纤维单独引导，如在上述现有技术中表示的，这些要求不能得到保证。

发明内容

因此本发明的目的是提供用于生产光学玻璃纤维的装置和方法，其克服了在此以前一般类型的已知装置和方法的上述缺点，并满足上述质量要求，并且使用本发明所述的装置和方法可优选由多层预制品同时生产适当数量的玻璃纤维。

根据上述和其他目的，根据本发明，提供一种用于生产光学玻璃纤维的装置，包括：

纤维炉，具有作为矩阵结构布置的多个加热衬套，用于同时容纳多个预制品，所述矩阵结构具有相对于彼此成小于90度布置的第一和第二矩阵轴；

随动装置，被构造用以将预制品保持和输送到加热衬套中；

拉丝和上浆设备，被构造用以接收从加热衬套中的预制品拉出的玻璃纤维，从而在由拉丝和上浆设备接收时，该玻璃纤维呈带形彼此紧邻放置；以及

组装设备，被构造用以接收来自拉丝和上浆设备的玻璃纤维。

换句话说，根据本发明，提供一种用预制品生产光学玻璃纤维，特别是生产多组分玻璃纤维的装置，所述装置具有带加热衬套的纤维炉，具有用于保持和跟随预制品到加热衬套中的随动装置，以及用于将玻璃纤维传递到组装设备的拉丝和上浆设备，其中纤维炉中的加热衬套具有用于同时容纳多个预制品的矩阵形结构，并且从加热衬套中拉出的多根玻璃纤维能够由拉丝和上浆设备以彼此之间呈紧接的带形的方式接收。

加热衬套的结构确保在这种情况下，玻璃纤维能够彼此以很小的偏移距离拉出到纤维炉外面。在这种情况下，可以相应地使下游辊上的玻璃纤维偏转。玻璃纤维的偏移通过关于彼此成预定偏置角设置的主矩阵轴来实现。为此，有利地假定加热衬套以偏菱形的方式置于纤维炉中。在这种情况下，进一步假定在每个矩阵轴上直接相邻的加热衬套之间的距离相同。此外，假定加热衬套设置在一个平面内。

利用根据本发明的装置，多个预制品可以同时通过加热衬套，在纤维炉中生产的玻璃纤维可以按照预定的拉丝速度从位于加热衬套中的预制品中拉出。在这种情况下，假定根据本发明玻璃纤维在至少一个下游偏转辊上偏转，并且彼此不接触或交叉。因此，玻璃纤维以相同的拉丝速度从纤维炉的加热衬套中完全拉出。

由于随动装置引导的每个预制品具有相关的加热衬套这一情况，因此玻璃纤维由所有预制品中同时拉出是可能的。

根据本发明的装置的有利的实施方式通过具有至少110个加热衬套的纤维炉来提供。在这种情况下，有利的结构可以通过矩阵结构来实现，所述矩阵结构在一个主矩阵轴方向上具有10个加热衬套，且在另一个主矩阵轴方向具有11个加热衬套。这是因为已经发现利用更多数量的加热衬套可以将所有加热衬套的热输出量的有利利用更加最优化。在这种情况下，通过有利的机械布置，不需要的温度波动已经保持为很小。在该实施方式的情况下，来自纤维炉的一半的玻璃纤维在所有情况下传递到相应的偏转辊，并在每一种情况下都传递到上浆设备处。

为了确保获得所希望的和需要的温度分布曲线，假定纤维炉具有温度控制器，并假定该温度控制器包括内部加热衬套温度的单独的控制器。因此，通过使用温度控制器可以监测和控制整个温度和各个加热衬套的温度。这使得温度分布曲线单独适应外部和内部影响因素。

为了分别确定温度并且单独改变个别加热衬套的温度，根据本发明提出各个控制器具有用于使加热衬套的温度与相邻加热衬套的温度相匹配的测量和补偿装置。为此，在加热衬套中设置与温度控制器相连的传感器。通过利用传感器值来控制各个加热衬套的温度。所有加热衬套加热到给定值，该值位于大约800℃和1100℃的范围内。因此，单个控制器可以有利地实现将所有加热衬套分布控制到设定值的效果。各自的偏移设置用于补偿使加热衬套具有彼此偏离并且完全偏离设定值的温度的扰动。在这种情况下，将所有加热衬套控制在大约1℃温度范围内的同一设定值。为了补偿加热衬套之间的温度差，为每个加热衬套不时地记录温度差，并将测定的值从偏移量中减去或与加到其上。因此，偏移设置同样可以用于补偿长期效应，如热电偶和加热衬套的老化，或者来自加热衬套外面的其他扰动。补偿装置包括加热和冷却元件，例如电子元件，利用该元件可以根据需要使加热衬套中的温度升高或降低。因此可以以有利的方式来设置加热衬套的规定状态以及因此设置纤维炉的整个***的规定状态。

此外，根据本发明提出每个加热衬套具有至少一个加热元件，优选具有多个可分别激励的加热线圈，至少一个扩散器设置在加热元件和预制品之间，用于扩散加热辐射。这一实施方式的优点在于，利用多个加热线圈，一方面可以在加热衬套中设置精确计算的温度分布曲线。另一方面，通过扩散器使陡峭的温度梯度变得平滑。在这种情况下，假定扩散器优选包括石英管，预制品可通过随动装置穿过石英玻璃。

在加热衬套内部，特别是在石英管内部，可能出现不想要的流动条件，导致预制品暴露于冷空气中。为了避免这一情况，根据本发明提出每个加热衬套具有流动装置，用于在加热衬套中形成层流气流。这使得可以以有利的方式设置预先计算好的流动条件。在这种情况下假定流动装置包括优选整体连接到扩散器的延伸部分，设置在加热衬套的下部，并且没有加热元件。这具有在加热衬套下形成空气垫的作用，其中空气垫通过加热辐射变热。变热的空气传递到加热衬套中。为了使引入的空气的流速不会不希望地增大，根据本发明假定流动装置在加热衬套上端包括至少一个流动挡板，该挡板保证环绕预制品的具有预定间隙的环形间隙，用于排出空气。流动挡板使其可以通过固定加热衬套的上部区域中的环形间隙来影响层流气流的速度。还可以使用多个具有不同外径的流动挡板来分别匹配要覆盖的环形间隙。因此可以以简单的方式使环形间隙适合预制品的不同直径，或者在拉丝过程中响应加热衬套中流动条件的变化。在这种情况下，在有利的实施方式中，假定整个纤维炉中的加热衬套具有相同的环形间隙。

根据本发明，进一步提出随动装置具有支承板，该支承板具有用于容纳各个预制品的各个悬浮件。因此，每个预制品可以被单独悬吊。如果有少量的待生产的玻璃纤维，那么一些单个的悬浮件也可以保持为空。

同样有利地假定支承板上的各个悬浮件具有与加热衬套结构对应的矩阵形结构。这使得有可能相对于加热衬套轴轴向对称地引入预制品，并避免预制品边缘的距离偏离它们各自的加热衬套。

以有利的方式，通过具有连接预制品和中央真空***的真空连接的每个悬浮件来改进包层材料和芯部材料的共同熔化。在这种情况下，真空使得位于材料之间的空气排出，从而可以避免所述层之间存在空气加杂。

为了实现支承板上排列的所有预制品的同步前进，以及因此具有基本上相等的纤维直径的可靠生产，根据本发明提出支承板由齿轮马达驱动和刹车，用于通过使用丝杠和导轨而使预制品前进。

在这种情况下假定支承板可以手动地和/或自动地移动到工作位置，从而使支承板可以在拉丝操作之后很快地移回到其工作位置。

根据本发明进一步假定纤维炉在加热衬套的输出端具有流动轴环，通过利用该流动轴环可以为玻璃纤维的延迟冷却产生空气垫，在这种情况下已经有利地发现，利用该流动轴环，可以为玻璃纤维实现特定的冷却分布曲线。

根据本发明假定用于冷却玻璃纤维的冷却区设置在纤维炉的下游。已经发现在这种情况下对于冷却区来说具有漏斗是有利的，通过该漏斗玻璃纤维可以传送到拉丝和上浆设备。漏斗设置在纤维炉下游并位于冷却区中流动轴环下面，从而在该装置调定时，预制品玻璃的第一熔滴可以特别引导至拉丝和上浆设备的安装位置。当它们落下时，玻璃熔滴碰撞漏斗并与后面的玻璃纤维一同滑动通过漏斗至拉丝和上浆设备，在这里它们可以拉紧，优选是手动地拉紧，并置于上浆装置中的浆料辊上。

已经发现在这种情况下，对于每个纤维炉的一半的玻璃纤维能够在各自的浆料辊上通过是有利的。因此这使得同时生产并进一步同时处理多个玻璃纤维得以实现。该玻璃纤维在这种情况下在对应的浆料辊周围分别通过，玻璃纤维呈带状彼此紧邻布置，并均匀地带有上浆剂。在这种情况下假定玻璃纤维彼此不接触。

该装置的进一步有利的实施方式通过浆料辊相对于主矩阵轴成预定角度设置而实现。因此，装置在拉丝开始时的调定变得更加容易，并且也能够实现在玻璃纤维上浆或涂覆时它们彼此相隔足够的距离。

根据本发明的优选特征，矩阵结构具有相对于彼此成给定偏置角布置的矩阵轴。

根据本发明的另一个特征，设置加热衬套，以使矩阵结构形成偏菱形结构。

根据本发明的另一个特征，矩阵结构具有矩阵轴；设置加热衬套，以使每个矩阵轴上直接相邻的加热衬套之间的各个距离基本上相等。

根据本发明的另一个特征，加热衬套布置在一个平面内。

根据本发明的另一个特征，每个加热衬套具有分配给它的一个相关的预制品。

根据本发明的另一个特征，纤维炉具有至少110个加热衬套。

根据本发明的另一个特征，矩阵结构具有第一主矩阵轴和第二主矩阵轴，矩阵结构具有沿第一主矩阵轴方向布置的10个加热衬套，并具有沿第二主矩阵轴方向布置的11个加热衬套。

根据本发明的另一个特征，纤维炉包括温度控制器，各个控制器被构造用以分别控制加热衬套中温度。

根据本发明的另一个特征，各个控制器具有各自的测量和补偿装置，用于相对于相邻加热衬套中的温度调整所述加热衬套中的温度。

根据本发明的另一个特征，每个加热衬套具有至少一个加热元件；每个加热衬套具有至少一个扩散器，所述扩散器设置在至少一个加热元件和相应的一个预制品之间，用于扩散加热辐射。

根据本发明的另一个特征，每个加热衬套具有多个单独激励的加热线圈；每个加热衬套具有至少一个设置在加热线圈和相应的一个预制品之间的扩散器，用于扩散加热辐射。

根据本发明的另一个特征，所述至少一个扩散器包括石英玻璃管；随动装置输送预制品，从而使对应的一个预制品穿过石英玻璃管。

根据本发明的另一个特征，每个加热衬套具有流动装置，所述流动装置用于在对应的一个加热衬套中形成层流气流。

根据本发明的另一个特征，流动装置包括设置在对应的一个加热衬套下部的延伸部分；且延伸部分没有被分配给它的加热元件。

根据本发明的另一个特征，每个加热衬套具有流动装置，所述流动装置用于在对应的一个加热衬套中形成层流气流；流动装置包括设置在对应的一个加热衬套下部的延伸部分，从而使至少一个扩散器和延伸部分形成整体元件；延伸部分没有分配给它的加热元件。

根据本发明的另一个特征，流动装置包括置于对应的一个加热衬套上端的至少一个流动挡板，从而在对应的一个预制品和至少一个流动挡板之间形成具有给定间隙宽度的环形空气间隙，用于通过该环形空气间隙排出空气。

根据本发明的另一个特征，随动装置具有支承板，该支承板具有用于各自容纳预制品的单独的悬浮件。

根据本发明的另一个特征，支承板上的单独的悬浮件形成与加热衬套形成的矩阵结构对应的矩阵结构。

根据本发明的另一个特征，每个单独的悬浮件具有用于使每个对应的预制品和中央真空***相连的真空连接部。

根据本发明的另一个特征，随动装置包括齿轮马达，丝杠和导轨；齿轮马达被构造用以通过用于推进预制品的丝杠和导轨选择性地驱动和制动支承板。

根据本发明的另一个特征，支承板被构造用以手动地和/或自动地移动到工作位置。

根据本发明的另一个特征，纤维炉具有设置在加热衬套输出端的流动轴环，用于为玻璃纤维的延迟冷却形成空气垫。

根据本发明的另一个特征，冷却区设置在纤维炉的下游，用于冷却玻璃纤维。

根据本发明的另一个特征，冷却区包括设置在拉丝和上浆设备上游的漏斗，从而使玻璃纤维穿过该漏斗。

根据本发明的另一个特征，拉丝和上浆设备包括第一浆料辊和第二浆料辊，它们设置以使来自纤维炉的第一个半部的玻璃纤维在第一浆料辊上通过，来自纤维炉的第二个半部的玻璃纤维在第二浆料辊上通过。

根据本发明的另一个特征，拉丝和上浆设备包括相对于主矩阵轴成给定角度设置的浆料辊。

根据本发明的另一个特征，纤维炉被构造用以容纳用于生产多组分玻璃光纤的预制品。

根据本发明的目的，还提供一种用于生产玻璃纤维的方法，该方法包括以下步骤：

提以上所述生产光学玻璃纤维的装置；

通过随动装置将预制品引入到纤维炉的加热衬套中；

通过从加热衬套拉出具有给定不变直径的玻璃纤维而由预制品生产玻璃光纤；

设置加热衬套作为这样一种结构，该结构确保彼此不交叉和不接触地拉出玻璃纤维；

以预定方式在纤维炉下游的冷却区中冷却玻璃纤维；以及

经拉丝设备将玻璃纤维传送到组装设备。

换句话说，根据本发明，提供一种利用根据本发明的装置由预制品生产玻璃纤维的方法，其中通过随动装置将预制品引入到纤维炉的加热衬套中，由预制品拉出的玻璃纤维在下游冷却区进行冷却，并经拉丝装置传送到组装设备，其中玻璃纤维从加热衬套拉出为具有预定不变直径，并以预定方式在冷却区进行冷却，其中通过加热衬套的结构或布局，确保玻璃纤维彼此不接触或不交叉地拉出。

玻璃纤维以不变的拉丝速度从加热衬套拉出。通过避免在各个玻璃纤维上拉丝速度产生波动，足以确保对于玻璃纤维的玻璃材料提出的光学要求和用它们生产的光纤束的物理性质。在这种情况下，根据质量流量定律，熔融玻璃材料的质量与作为玻璃纤维拉出的玻璃材料的质量之比保持不变。

这通过利用在相关加热衬套中的可控温度分布曲线和/或支承板的前进来拉拔每个预制品而实现。此外，假定从加热衬套拉出的玻璃纤维按照预定的温度分布曲线进行冷却。

在这种情况下，根据本发明，加热衬套的特定的几何构形确保玻璃纤维能够从纤维炉中拉出，并在冷却区之上通过且没有玻璃纤维彼此接触或彼此交叉。此外，因此玻璃纤维在冷却区之后可以以带状的方式在上浆装置下游的浆料辊上由上浆剂均匀打湿。

玻璃纤维的拉出通过由引出辊以相同的拉丝速度拉出玻璃纤维而完成。在这种情况下，由于已经在浆料辊上，因此玻璃纤维位于引出辊上，同样没有接触或交叉。之后，可以将玻璃纤维捆扎或组装，从而可以同时生产具有多个玻璃纤维的纤维束或纤维电缆。

根据本发明提出通过利用电子数据处理设备对引出辊的拉丝速度和支承板的前进进行控制。也假定通过利用该电子数据处理设备对加热衬套中的温度进行控制。最后根据本发明假定，将玻璃纤维组装不会引起任何反应或反馈(reaction or feedback)。优选地，通过利用二级辊使玻璃纤维围绕引出辊通过，以便在辊的表面上得到最大可能的引出摩擦。玻璃纤维从二级辊传送至无反应或无反馈的组装设备，由此防止在光纤的组装或调定过程中，对多个玻璃纤维或个别玻璃纤维施加影响拉丝速度恒定性以及直径精度的力。

根据本发明的方法的优选方式包括在相关的一个加热衬套中利用可控的温度分布曲线拉拔每个预制品。

根据本发明的方法的另一种方式包括用随动装置的支承板保持预制品；利用支承板的可控前进拉拔每个预制品。

根据本发明的方法的另一种方式包括通过给定的温度分布曲线冷却玻璃纤维。

根据本发明的方法的另一种方式包括通过使呈带状的玻璃纤维在设置在冷却区下游的上浆装置的浆料辊上滚动，用上浆剂均匀地打湿玻璃纤维。

根据本发明的方法的另一种方式包括通过利用引出辊以基本上相同的拉丝速度拉出每根玻璃纤维。

根据本发明的方法的另一种方式包括通过使用电子数据处理设备控制引出辊的拉丝速度和支承板的前进。

根据本发明的方法的另一种方式包括通过利用电子数据处理装置控制加热衬套中的温度。

根据本发明的方法的另一种方式包括用组装装置组装玻璃纤维，而不在组装装置上游的装置上发生任何反应或反馈。

最后，为了实现根据本发明的目的，提出供纤维炉使用的具有上述特征的加热衬套。

根据本发明的目的，还提供一种加热衬套结构，包括：

加热衬套，被构造用以容纳预制品；以及

该加热衬套具有加热元件以及设置于加热元件和预制品之间的扩散器，用于扩散加热辐射。

根据本发明的另一特征，加热元件包括分开激励的加热线圈。

根据本发明的另一特征，扩散器包括石英玻璃管，设置所述石英玻璃管使得，预制品通过石英玻璃管。

根据本发明的另一特征，加热衬套具有流动装置，所述流动装置用于在加热衬套中形成层流气流。

根据本发明的另一特征，该流动装置包括在加热衬套下部提供的延伸部分，该延伸部分没有分配给它的加热元件。

根据本发明的另一特征，扩散器和延伸部分形成整体元件。

根据本发明的另一特征，流动装置包括设置于加热衬套上端的至少一个流动挡板，从而在预制品和至少一个流动挡板之间形成具有给定间隙宽度的环形空气间隙，用于通过环形空气间隙排出空气。

考虑作为本发明的特性的其他特征在所附的权利要求书提出。

尽管在这里本发明说明和描述，用于生产玻璃纤维的装置和方法，但是本发明不意味着限于所示的细节，因为可在这里在不偏离本发明的精神的条件下，并落在与权利要求等同的作用域和范围内对本发明进行各种修改和结构变化。

但是，结合附图，本发明的构造和操作方法连同附加的目的和优点将从对下面的特定实施方式的描述中得到最好的理解。

附图说明

图1是根据本发明装置的侧视图；

图2是具有根据本发明的加热衬套结构的上述纤维炉的平面示意图；

图3是沿纵轴的加热衬套的截面示意图；以及

图4是在预制品拉丝过程中根据图3的加热衬套的截面示意图。

具体实施方式

现在详细地参考附图，特别是首先参考图1，该图示出根据本发明的带有纤维炉2以及拉丝和上浆设备3的装置1。假定在拉丝和上浆设备3下游的是组装装置4，该装置在卷带轴7上将拉出的玻璃纤维或光学纤维5组装或调定为纤维束6，而不会在例如拉丝和上浆设备3上产生任何反应或反馈。

假设在纤维炉2和拉丝和上浆设备3之间是冷却区8，玻璃纤维5穿过漏斗9。冷却区8具有流动轴环10，该轴环直接设置在纤维炉2的下游，并起到用预定温度分布曲线冷却玻璃纤维5的目的。

光学纤维或玻璃纤维5从预制品11中拉出，预制品通过利用随动装置12引入到纤维炉2中。为此，各个预制品11被紧固到随动装置12的支承板13。支承板13通过利用驱动轴，优选通过利用滚珠丝杠在导轨14中被引导，并由齿轮马达驱动。在这种情况下，在预制品11的正常随动过程中，为拉丝需要而驱动支承板13前进。如果玻璃纤维5的拉丝结束，那么可以手动地移动支承板13，或者例如在预制品11的端部，使支承板自动倒回工作位置，在该位置处，可以除去预制品的剩余物，并将新的预制品11紧固到支承板13上。

纤维炉2具有多个加热衬套15，这些加热衬套在图3和图4中更详细地说明。预制品11以玻璃纤维5经过上浆设备16从拉丝设备17到组装装置4连续地通过的方式，由随动装置12引入到加热衬套15中。为此，拉丝设备17具有引出辊18，玻璃纤维5通过二级辊19绕过引出辊18，玻璃纤维5彼此紧邻但彼此不接触，从而通过引出辊18使玻璃纤维5以相同的拉丝速度拉出。因此，可以最佳地保持玻璃纤维5在引出辊18上的粘性摩擦，并且所有玻璃纤维5以基本上相同的拉丝速度从纤维炉2的加热衬套15中拉出。

在这种情况下，电子数据处理装置以与依赖于随动装置12的前进和拉丝速度的相对应方式控制拉丝操作。组装装置4将其自己自动设置为引出辊18规定的速度，纤维束6可以以上述速度卷绕。

在引出辊18的上游，玻璃纤维5拉出通过涂覆设备或上浆设备16。由此通过两个浆料辊20.1，20.2将玻璃纤维5拉紧，以带状方式彼此紧邻设置。假定在所有情况下，纤维炉2中一半的玻璃纤维5通过浆料辊20.1，20.2中之一的上面。浆料辊20.1，20.2部分地即比例高达45％浸入容器21中。玻璃纤维5经浆料辊20.1，20.2的表面用上浆剂均匀打湿。随后，仍然以彼此紧邻的带状方式设置的玻璃纤维5，由引出辊18拉紧。

图1中仅示意性地示出了单独的悬浮件36，所述悬浮件具有用于连接预制品和中央真空***的真空连接部。同时仅示意性地示出了用于驱动和制动支承板的齿轮马达和丝杠37。此外，图1示意性地示出了具有测量和补偿装置的温度控制器，用于调整加热衬套中的温度。还示出了数据处理设备，用于控制例如引出辊的拉丝速度，预制品的前进和/或加热衬套中的温度。

在图2中表示的是具有根据本发明提供的加热衬套15结构的纤维炉2。加热衬套15置于呈矩阵22形式的一个平面内。矩阵22具有彼此成角度布置的矩阵轴23，24，加热衬套15设置于这些轴的交点处。相邻的加热衬套15沿矩阵轴23，24的每个方向彼此相隔同样的距离。矩阵轴23，24彼此间成给定角度α布置。角度α根据本发明选择为小于90°。

在一有利的实施方式中，纤维炉2具有10×11总共110个加热衬套的矩阵结构。在所有情况下，从预制品11拉出的玻璃纤维5的一半分别通过浆料辊20.1，20.2。浆料辊20.1，20.2在这种情况下相对于对应的主矩阵轴成给定角度进行布置，以便确保浆料辊20.1，20.2上玻璃纤维5的最佳间隔。

在图3中，示出了相对于纵轴A的加热衬套15的横截面。加热衬套15在上端25具有内孔板凸缘或流动挡板26.1和外流动挡板26.2，借助所述挡板，在熔化操作过程中层流气流可在加热衬套15中形成。加热衬套15还具有电操作的加热元件27。设置加热元件27作为环绕小孔28的加热线圈，预制品11可以通过该小孔。通过利用形成作为石英管的扩散器29，相对于预制品加热线圈27被覆盖。假设在加热衬套15下端30的是作为流动轴环的延伸部分31。利用该延伸部分31可以实现预定的温度分布曲线，该曲线用于使熔化之后的冷却玻璃纤维5的操作。延伸部分31在这种情况下可以与石英玻璃一体成形。已经发现在这里分开的铜轴套也可以有利地作为延伸部分31。

在图4中，示出已经***预制品11的加热衬套15。预制品11具有包覆管32和芯棒33。预制品11在上端25引入到加热衬套15中。

流动挡板26.1，26.2放置在预制品11周围的加热衬套15的上开口中，具有在内流动挡板26.1和预制品11之间形成环形间隙34的作用。否则，该开口被流动挡板26.1，26.2盖住，其中一个流动挡板26.2靠在板35上。因此通过加热线圈27加热的空气在箭头B，C的方向上沿着预制品11向上流出加热衬套15。流动挡板26.1，26.2实现气流保持层流的作用，也就是说，没有不需要的冷却效应出现，并且没有因气体流动而在加热衬套15中产生紊流。但是在加热衬套15中的温度分布曲线可有目的的加以改变。这具有在外流动挡板26.2和预制品11之间产生的环形间隙34可以改变的作用，例如其中移除内流动挡板26.1。这使得环形间隙变得更大。这样导致更多的空气引导通过预制品11，并因此加热衬套15内更多的热量流出，因此不利于熔化操作。

为了设置加热衬套15中的温度分布曲线，可以使用附加的冷却元件，通过利用这些元件可将热量以可控的方式从加热线圈27中除去。冷却元件可以由金属制成，优选由铜制成，并嵌入载有加热线圈27的材料中。

玻璃以具有光纤包层和纤芯的玻璃纤维5的形式从加热衬套15中拉出，并通过延伸部分31，玻璃纤维5已经以预定方式冷却。利用延伸部分31的长度，可以为冷却操作设置特定的温度分布曲线。也可以通过允许空气进入延伸部分31的特殊措施或者通过延伸部分31的结构或几何形状来设置用于冷却玻璃纤维5的操作的预定温度分布曲线。在这种情况下，通过延伸部分31有利地实现在玻璃纤维5上形成特定的气流。

Claims (42)

1.一种用于生产光学玻璃纤维的装置，包括：

纤维炉，具有作为矩阵结构布置的多个加热衬套，用于同时容纳多个预制品，所述矩阵结构具有相对于彼此成小于90度的角度α布置的第一和第二矩阵轴；

随动装置，被构造用以将预制品保持和输送到所述加热衬套中；

拉丝和上浆设备，被构造用以接收从所述加热衬套中的预制品拉出的玻璃纤维，从而在由所述拉丝和上浆设备接收时，该玻璃纤维呈带的形状彼此紧邻；以及

组装设备，被构造用以为接收来自所述拉丝和上浆设备的玻璃纤维。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，设置所述加热衬套，使得所述矩阵结构形成偏菱形结构。

3.根据权利要求1的装置，其特征在于：

设置所述加热衬套，使得每个所述矩阵轴上直接相邻的所述加热衬套之间的各个距离基本上相等。

4.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述加热衬套布置在一个平面内。

5.根据权利要求1的装置，其特征在于，每个所述加热衬套具有分配给它的一个相关的预制品。

6.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述纤维炉具有至少110个加热衬套。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于，所述矩阵结构具有第一主矩阵轴和第二主矩阵轴，所述矩阵结构具有沿第一主矩阵轴方向布置的10个所述加热衬套，并具有沿第二主矩阵轴方向布置的11个所述加热衬套。

8.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述纤维炉包括温度控制器，各个控制器被构造用以分别控制所述加热衬套中温度。

9.根据权利要求8的装置，其特征在于，所述各个控制器具有各自的测量和补偿装置，用于相对于相邻的加热衬套的温度调整所述加热衬套中的温度。

10.根据权利要求1的装置，其特征在于：

每个所述加热衬套具有至少一个加热元件；以及

每个所述加热衬套具有至少一个扩散器，所述扩散器设置在所述至少一个加热元件和相应的一个预制品之间，用于扩散加热辐射。

11.根据权利要求1的装置，其特征在于：

每个所述加热衬套具有多个分开激励的加热线圈；以及

每个所述加热衬套具有至少一个设置在所述加热线圈和相应的一个预制品之间的扩散器，用于扩散加热辐射。

12.根据权利要求10的装置，其特征在于：

所述至少一个扩散器包括石英玻璃管；以及

所述随动装置送入预制品，从而使对应的一个预制品穿过石英玻璃管。

13.根据权利要求1的装置，其特征在于，每个所述加热衬套具有流动装置，所述流动装置用于在对应的一个所述加热衬套中形成层流气流。

14.根据权利要求13的装置，其特征在于：

所述流动装置包括在所述对应的一个所述加热衬套下部设置的延伸部分；以及

所述延伸部分没有被分配给它的加热元件。

15.根据权利要求10的装置，其特征在于：

每个所述加热衬套具有流动装置，所述流动装置用于在对应的一个所述加热衬套中形成层流气流；

所述流动装置包括在所述对应的一个所述加热衬套下部设置的延伸部分，从而使所述至少一个扩散器和所述延伸部分形成整体元件；以及

所述延伸部分没有被分配给它的加热元件。

16.根据权利要求13的装置，其特征在于，所述流动装置包括置于所述对应的一个所述加热衬套上端的所述至少一个流动挡板，从而在对应的一个预制品和至少一个流动挡板之间形成具有给定间隙宽度的环形空气间隙，用于通过该环形空气间隙排出空气。

17.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述随动装置具有支承板，该支承板具有单独的悬浮件，用于单独容纳预制品。

18.根据权利要求17的装置，其特征在于，所述支承板上的所述单独的悬浮件形成与所述加热衬套形成的所述矩阵结构对应的矩阵结构。

19.根据权利要求17的装置，其特征在于，每个所述单独的悬浮件具有用于使每个对应的一个预制品和中央真空***相连的真空连接部。

20.根据权利要求17的装置，其特征在于：

所述随动装置包括齿轮马达，丝杠和导轨；以及

所述齿轮马达被构造用以通过用于推进预制品的所述丝杠和所述导轨选择性地驱动和制动所述支承板。

21.根据权利要求17的装置，其特征在于，所述支承板被构造用以手动移动到工作位置。

22.根据权利要求17的装置，其特征在于，所述支承板被构造用以自动移动到工作位置。

23.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述纤维炉具有设置于所述加热衬套输出端的流动轴环，用于为玻璃纤维的延迟冷却形成空气垫。

24.根据权利要求1的装置，包括位于所述纤维炉下游的冷却区，用于冷却玻璃纤维。

25.根据权利要求24的装置，其特征在于，所述冷却区包括设置于所述拉丝和上浆设备上游的漏斗，从而使玻璃纤维穿过所述漏斗。

26.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述拉丝和上浆设备包括第一浆料辊和第二浆料辊，设置上述二者，使得来自所述纤维炉的第一个半部的玻璃纤维在所述第一浆料辊上通过，来自所述纤维炉的第二个半部的玻璃纤维在所述第二浆料辊上通过。

27.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述纤维炉被构造用以容纳用于产生多组分玻璃光纤的预制品。

28.根据权利要求10或11的装置，其特征在于，所述加热元件包括单独激励的加热线圈。

29.根据权利要求10或11的装置，其特征在于，所述扩散器包括石英玻璃管，设置所述石英玻璃管，以使预制品通过所述石英玻璃管。

30.根据权利要求10或11的装置，其特征在于，所述加热衬套具有流动装置，所述流动装置用于在所述加热衬套中形成层流气流。

31.根据权利要求30的装置，其特征在于，所述流动装置包括在所述加热衬套下部设置的延伸部分，所述延伸部分没有分配给它的加热元件。

32.根据权利要求31的装置，其特征在于，所述扩散器和所述延伸部分形成整体元件。

33.根据权利要求30的装置，其特征在于，所述流动装置包括设置于所述加热衬套上端的至少一个流动挡板，从而在预制品和所述至少一个流动挡板之间形成具有给定间隙宽度的环形空气间隙，用于通过环形空气间隙排出空气。

34.一种用于生产玻璃纤维的方法，该方法包括以下步骤：

提供权利要求1所述的装置；

通过所述随动装置将预制品引入到所述纤维炉的所述加热衬套中；

通过从加热衬套拉制具有给定不变直径的玻璃纤维而由预制品生产玻璃光纤；

将加热衬套设置为这样一种结构，该结构确保彼此不交叉和不接触地拉出玻璃纤维；

以预定方式在纤维炉下游的冷却区中冷却玻璃纤维；以及

经所述拉丝设备将玻璃光纤传送到所述组装设备。

35.根据权利要求34的方法，包括在相关的一个加热衬套中采用可控的温度分布曲线拉拔每个预制品。

36.根据权利要求34的方法，包括：

用随动装置的支承板保持预制品；以及

利用支承板的可控前进拉拔每个预制品。

37.根据权利要求34的方法，包括采用给定的温度分布曲线冷却玻璃纤维。

38.根据权利要求34的方法，包括通过使呈带状的玻璃纤维在冷却区下游设置的上浆装置的浆料辊上滚动，用上浆剂均匀地打湿玻璃纤维。

39.根据权利要求34的方法，包括通过利用引出辊以基本上相同的拉丝速度拉出每根玻璃纤维。

40.根据权利要求36的方法，包括通过使用电子数据处理设备控制引出辊的拉丝速度和支承板的前进。

41.根据权利要求34的方法，包括通过利用电子数据处理装置控制加热衬套中的温度。

42.根据权利要求34的方法，包括用组装设备组装玻璃纤维，而不在组装装置上游的装置上发生任何反应或反馈。

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