DE2432021A1

DE2432021A1 - Verfahren zur herstellung eines speisers und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2432021A1
Application number: DE2432021A
Authority: DE
Inventors: Arthur Conrad Heitmann
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1973-07-09
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1975-01-30
Also published as: US4066864A; FR2236797A1; JPS5042127A; BE817354A; NL7409106A; LU70482A1; GB1454677A; CA1021029A; IT1015752B; JPS5734217B2

Description

HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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2. Juli 1974

Owens-Corning Fiberglas Corporation Toledo, Ohio 4 3659, USA

Verfahren zur Herstellung eines Speisers und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Speisers zur Freigabe von Glasströmen bei der Herstellung von Glasfaden, wobei zur Bildung der Epeiserbasis (Bodenplatte) in oder über Öffnungen in der Bodenplatte mit Flanschen versehene, röhrenförmige Düseneinsätze eingesetzt oder darüber angeordnet und die Flansche mit der angrenzenden Oberfläche der Bodenplatte verschweißt werden sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Erfindung insbesondere gerichtet ist auf die Herstellung des unteren Flußbereiches oder des Düsenabschnittes eines solchen Speisers oder einer solchen Düsenwanne.

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Bei der Herstellung und Verarbeitung von in Wärme erweichenden mineralischen Materialien, beispielsweise Glas zu Glasfaden oder Glasfasern und insbesondere zu kontinuierlichen Glasfaden, wie sie bei der Herstellung von textlien Erzeugnissen verwendet v/erden, ist es übliche Praxis, einen Behälter, einen Speiser oder eine Düsenwanne zu verwenden, die eine Bodenwand aufweist, in welcher sich eine Vielzahl von öffnungen befindet. Durch diese öffnungen fließen Ströme des in Wärme erweichenden Materials und v/erden zu Fasern oder Fäden ausgezogen. Dabei ist es weiterhin übliche Praxis, die Bodenwand oder den Bodenteil des Speisers aus einer Platin- und Rhodiumlegierung herzustellen und darin Vorsprünge anzuordnen, durch welche sich die öffnungen zum Durchlassen der Ströme des geschmolzenen Materials erstrecken. Diese kleinen, mit Öffnungen in ihrem Inneren·versehenen Vorsprünge oder Düsenspitzen tragen dazu bei, daß ein Überfließen und ein Überfluten der Bodenplatte der Düsenwanne mit dem geschmolzenen Glas verhindert wird,
mit anderen Worten separieren die Vorsprünge, an deren Spi'tzen dann die beim Ausführungsbeispiel Glasströme austreten, diese Glasströme voneinander und vermeiden ein Zusammenfließen. Darüberhinaus tragen die Vorsprünge oder Düsenspitzen dazu bei, die winzigen Glasströme, die zum Ausziehen zu Fäden austreten, zu kühlen.

Dabei ist der technische Fortschritt bei der Herstellung textiler Fäden oder Fasern darauf gerichtet, textile Stränge aus extrem feinen Fäden zu erzeugen, wobei T ausende von Fäden, die dann jeweils einen Strang bilden, aus den Strömen aus in Wärme erweichtem Glas eines einzigen Speisers abgezogen werden.

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Es ist daher absolut erforderlich'geworden, die mit öffnungen versehenen Vorsprünge in naher Beziehung mit einwandfreiem Abstand der Spitzen zueinander anzuordnen. Weiterhin ist es von v/esentlicher Bedeutung, daß die Vorsprünge gleichmäßige Abricssungen und Bohrungen aufv/eisen, um eine gleichmäßige Glasstromabmessung zu begünstigen, derart, daß auch die aus den Strömen ausgezogenen feinen Fäden oder Fasern völlig gleichmäßig und einheitlich sind.

Bemühungen in dieser Richtung gehen dahin, den Düsenbereich eines Speisers dadurch herzustellen, daß in eine Tlatte Löcher gebohrt und in die entstandenen öffnungen mit Flanschen versehene Düsenspitzen, ösenelemente oder Röhrchen eingesetzt und die Flansche an den Düsenspitzen mit der Bodenplatte zur Bildung ehes gesamten Düsenberei ches vorschweißt v/erden, niese vorgeformten Düsenspitzen bilden einen annehmbaren Weg zur Herstellung der erforderlichen Vorsprünge oder Spitzen bei einem Speiser. Ein Verfahren dieser Art ist etwa in der US-rs 2,933,590 boschrieben. Bei diesem Verfahren wird der gesamte Flansch dor Düsenspitze oder des Einsatzes ^T-^ySihr"end mittels elektrischer v;iderstandr,chrsfuna geschmolzen. ^Da sich jedoch die Elektrode in direktem Kontakt mit dem geschmolzenen Metall des Düsenelementes befindet, ergibt nich eine Tendenz für dieses,mit dem Llektrodenmetall verunreinigt zu werden. Auch entwickelt die erzeugte Hitze die Tendenz, die vorgeformte Düse zu verwerfen und zu verspannen.

Der US-PS 3,59 8,952 kann ein weiteres Verfahren zur Verbesserung des elektrischen Widerstandsschweißverfahrens entnommen v:erden, wobei die Verunreinigung der Platte durch das

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Elektrodenmaterial vermieden und der Anteil des zur Eewirkung der Schweißung benötigten elektrischen Stromes kleingehalten wird. Bei diesem Verfahren ist die Herstellung in der Weise modifiziert, daß man zu einer verbesserten elektrischen Widerstandsschweißung der Vorsprünge an die Platte gelangt, indem nicht mit öffnungen versehene Vorsprünge verwendet werden; dies führt dazu, daß die Vorsprünge oder Düsenspitzen eine größere strukturelle Festigkeit aufweisen und weniger zu Verwerfungen neigen, wenn sie erhitzt werden. Darüberhinaus v/eist der Plansch jedes Vorsprunges einen schmalen linearen Grat oder eine Kante auf, die einen reduzierten Bereich bildet, der die Platte berührt. Diese schmale Kante gewährleistet eine größere Kontrolle über den Schweißvorgang, da der Stromfluß auf diese Kante konzentriert ist und da eine größere Sicherheit besteht, daß ein vollständiger Kontakt des Flansches mit der Platte vorliegt. Sind dann einmal die Vorsprünge an der Platte angeschweißt, dann werden die öffnungen oder Löcher durch die Platte gebohrt und die Vorsprünge bilden dann zur gleichen Zeit einen kontinuierlichen Durchlaß.

Obwohl also durch dieses Verfahren bei der US-PS 3,598,952 eine Verbesserung hinsichtlich der Schweißtechnik und des Herstellungsverfahrens mit Bezug auf das bekannte, eingangs genannte Verfahren festgestellt werden kann, ergeben sich auch hier bestimmte, diesem Verfahren eigene Kachteile und Einschränkungen. So muß das Bohren der mit den VorSprüngen versehenen Platte, also des zusammengesetzten Bauteils, mit ausserordentlicher Sorgfalt durchgeführt werden, um sicherzugehen, daß die Bohrung mit dem äußeren Bereich des Vorsprunges konzentrisch verläuft. Geht man davon aus, daß der äußere nurch-

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messer des Vorsprunges schmaler als 0,1 Zoll (0,254 cm) beträgt und daß der Durchmesser der Bohrung bei 0,075 Zoll (0,9 cm ) liegt, so erkennt man, daß für Fehler nicht viel Raum gegeben ist. Nachteilig ist bei diesem Verfahren weiterhin, daß das elektrische Widerstandsschweißen der schmalen Kante an die Platte optisch nicht untersucht und überwacht werden kann. Die die Schweißung bildende Grenzschicht ist dem Blick gegenüber verborgen. Darüberhinaus verursacht die elektrische Widerstandsschweißung schon aufgrund ihrer Beschaffenheit das Wecippritzen und die Bildung von kleine Tröpfchen bildenden geschmolzenem Metall, das der Bodenplatte anhängt. Aufgrund des hohen Wertes der Platinlegierung muß große Sorgfalt aufgewendet werden, um diese kleinen Tröpfchen wiederzugewinnen.

Die Verwendung vorgeformter Düsenspitzen bei der Speiserherstellung wird bevorzugt, da sie den Vorteil der Gleichmäßigkeit und des leichteren Aufbaus haben. Allerdings ergeben sich, wie.- in der US-PS 3,598,952 erwähnt, auch besondere Nachteile deswegen. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen zur Herstellung solcher Speiser bzw. genauer gesagt, zur Befestigung der kleinen Dü~ senvorsprünge an einer mit öffnungen versehenen Platte, aas nicht zu einer Verzerrung oder Verwerfung der Düsenspitzen führt, bei dem der Schweißvorgang leicht optisch eingesehen

das
v/erden kann und/ eine zufriedenstellende Arbeitsweise des

Speisers während seiner gesamten Lebensdauer garantiert.

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Ziir Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs genannten Verfahren und besteht erfindungsgemäß darin, daß ein Elektronenstrahl auf jeden der Flansche in deren sich über die äußere Oberfläche des Düseneinsatzes erstreckenden mittleren Bereich gerichtet wird, um zur Bildung einer kontinuierlichen, peripheren Schweißung einen Teil des Flansches zu schmelzen und mit der Bodenplattenoberfläche zu verschxveißen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß die Vakuumkammer zur Aufnahme der Bodenplatte eines Speisers ausreichend groß bemessen ist und der Bodenplatte eine Haltevorrichtung zugeordnet ist, daß entweder die Haltevorrichtung oder der Elektronenstrahl,oder beide , von Programinschaltungen so bewegbar sind, daß die auf der Bodenplatte angeordneten Düsenspitzen nacheinander in eine Schweißverbindung-mit dem Elektronenstrahl bringbar sind.

Die Erfindung besteht also darin, daß mit Öffnungen versehene Vorsprünge, die röhrenförmig ausgebildet sind und an ihrem einen Ende über einen Flansch verfugen, durch vorgehohrte öffnungen einer Bodenplatte eines Speisers eingesetzt und mit der Bodenplatte in der Weise durch Verwendung eines Elektronenstrahls verschweißt v/erden, daß sich vollständig dichte Verbindungsstellen ergeben, die optisch eingesehen werden können. Dabei ist es auch möglich, die vorgefertigten Düsenspitzen mit ihren Öffnungen und Flanschen auf die Unterseite einer umgedrehten Bodenplatte aufzusetzen, indem eine Spezialvorrichtung nach Art einer Schablone verwendet wird, die dem

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Festhalten und der genauen Ausrichtung der Düsenspitzen dient, bevor diese dann angeschweißt werden. Vorteilhaft ist dabei, daß die vorgeformten Düsen ohne jede Verzerrung und Verwerfung oder Beschädigung an der mit öffnungen versehenen Platte befestigt und angeschweißt werden können, auch ohne daß sich eine Verunreinigung mit anderen Metallen oder ein Verlust der teuren Edelmetallegierung ergibt.

Wie schon erwähnt, erfolgt die Verbindung durch Anschweißen der Flansche der Düsen an die Speiserbodenv.'and mittels eines konzentrierten Elektronenstrahls. Dabei wird zunächst eine aus Platin, Rhodium oder einem anderen hochtemperaturfestern .Material bestehende Platte mit Bohrungen oder Öffnungen versehen, die insbesondere auch eingestanzt sein können. Durch diese eingestanzten öffnungen werden dann die röhrenförmigen, den Flansch aufweisenden Düsen geführt und in festen Kontakt gegen die Platte gedrückt. Diese zusammengesetzte Baueinheit aus Bodenplatte und Düsenröhrchen wird dann in die Vakuum-"' kammer einer Elektronenstrahl-Schveißvorrichtung eingeschlossen. Die Schweißvorrichtung kann dabei einen Kreisgenerator umfassen, so daß es möglich ist, den konzentrierten Elektronenstrahl auf den kreisförmigen Flansch zu richten. Ist dann die Leistung des Elektronenstrahls auf ihren höchsten Wert gebracht, dann wird der Elektronenstrahl um den Düseneinsatz herumgeführt. Der Strahl an Elektronen erzeugt einen konzentrierten Strahl, der den Flansch erhitzt und mit der Platte verschweißt. Da der Elektronenstrahl tatsächlich einen Teil des Flansches schmilzt und mit der Bodenplatte verbindet, kann der geschmolzene und verschweißte Teil optisch inspiziert werden, um sicher-

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zustellen, daß um den gesamten Umfang des Düseneinsatzes eine kontinuierliche Schweißnaht erzeugt worden ist.

V7eitere Vorteile bei der Verschweißung mittels eines Elektronenstrahls ergeben sich dadurch, daß man eine bessere und stabilere Kontrolle und Überwachung des Schweißvorganges erhält. Die Erfindung hänat nicht ab von einem zur Erhitzung benötigten Stromdurchfluß durch die zu verschweißenden Teile. Die Schv/eißapparatur hat keinerlei Kontakt mit der Bodenplatte oder den Düseneinsätzen, daher ergibt sich auch keine weitere Verunreinigung des Speisers, verglichen mit der bisher angewendeten elektrischen Widerstandsschweißung. Darüberhinaus ist der erhitzende Elektronenstrahl schmal und Mcht zu kontrollieren, so daß sich ein Minimum an abträglichen thermischen Auswirkungen auf die angrenzenden Bereiche der Platte einstellt,

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt. Im folgenden werd.en Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine seitliche Schnittdarstellung durch einen Speiser oder eine Düsenwanne, der auch die Anordnung der mit öffnungen versehenen Düseneinsätze im Bodenteil des Speisers entnommen werden kann.

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Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 2-2 des Speisers der Figur 1,

Figur 3 zeigt in vergrößerter Teildarstellung eine mit einer öffnung versehene Düsenspitze oder einen entsprechenden vorsprungsmäßigen Einsatz in einer Position, in welcher er an die Speiserbodenplatte angeschweißt wird,

Figur 4 zeigt in explodierter Perspektivdarstellung eine Speiserbodenplatte mit zugeordneter Haltevorrichtung,

Figur 5 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Elektronenstrahl-Sahweißvorrichtung, der auch die Anordnung der Speiserbodenplatte innerhalb der Vakuumkammer entnommen v/erden kann und

Figur 6 zeigt in perspektivischer Darstellung ein

weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welcher vorgefertigte Düsenteile am Eoden der Speiserplatte befestigt werden.

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Die Figuren 1 und 2 zeigen im einzelnen einen Speiser oder eine Düsenwanne 10, die entsprechend erfindungsgemäßen Maßnahmen ausgerüstet ist und die besonders dazu geeignet ist, in Wärme erweichendes bzw. geschmolzenes mineralisches Material, wie etwa Glas, zu enthalten . Die untere Wand oder der Boden des Speisers 10 ist mit Mitteln ausgerüstet, um den Ausfluß von Einzelströmen des mineralischen Materials zu bewirken, diese Ströme können dann v/eiterverarbeitet bzw. genauer gesagt, durch übliche Ausziehmittel zu Fäden oder Fasern ausgezogen v/erden. Die Bodenplatte 12 des Speisers ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 13 versehen, die an mit Flanschenversehene/ durchlöcherte oder Öffnungen aufweisende Elemente, Spitzen, Düsen oder Ösen 14 angepaßt sind, diese Düsen werden unter Verwendung erfindungsgemäßer Maßnahmen an die Bodenplatte angeschweißt.

Die Speiserwände 15 und 16 sowie die Bodenplatte 12 als auch die mit Öffnungen versehenen Vorsprünge 14, die im folgenden ausschließlich noch als Düsen bezeichnet v/erden_r sind aus Materialien geformt, die in der Lage sind, der intensiven Hitze des geschmolzenen Glases zu widerstehen. Zu solchen Zwecken v/erden allgemein Materialien wie beispielsweise Platin oder Platinlegierungen mit Rhodium oder Iridium verwendet. Die Vorder-, Rück- und Seitenwände 15 und 16 sowie die Eodenplatte 12 können in üblicher Weise als Einzelplatten ausgebildet sein, die durch Verwendung bekannter Schweiß- und Schmelztechniken miteinander verschweißt sind.

Speiser dieser Art, wie sie in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind, sind besonders geeignet, eine große Anzahl von Glas-

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strömen ausfließen zu lassen, die dann zu feinen Fäden oder Fasern ausgezogen und anschließend zu textlien Garnen, Fäden.oder Strengen für textile Verwendung verarbeitet oder verzwirnt und gefacht werden. Ls ist in diesem Zusammenhang äußerst erwünscht, gleichzeitig eine beträchtliche Anzahl von Einzelfäden, die von de¹¹ aus dem Speiser austretenden Strömen herrühren, zur Bildung textiler Garne, Fäden oder Strängen zu verarbeiten. Daher ist die Bodenplatte 12 mit so vielen mit Öffnungen versehenen Düsen ausgestattet, vie sich erfolgreich in die Bodenplatte einarbeiten larsen, die Anzahl solcher Düsenöffnungen kann dabei zweitausend oder mehr bei einem einzigen Speiser betragen.

Im Zusammenhang mit Figur 1 sei darauf hingewiesen, daß die mit öffnungen versehenen Vorsprünge oder Düsen 14 jeweils zu einen Paar von Reihen zusamirengofaßt sind, diese Faarreihen sind dann jeweils zueinander im Abstand gehalten, um die Anordnung von Kühlplatten oder Kühlblechen 18 zuzulassen, die jeweils zwischen zwei in Querrichtung verlaufende Düsenreifien angeordnet sind. Die Kühlplatten 18 absorbieren von den austretenden Glasströmen 19 Wärme, um die Ströme zu stabilisieren und verleihen ihnen eine gleichmäßige Temperatur und Viskosität, damit man im wesentlichen zu gleichförmigen Elementarglasfäden 20 gelangt.

Die Düsen 14 können nach üblichen Verfahren aus kleinen Abschnitten von Röhren hergestellt werden, oder durch Verfahren, wie sie beispielsweise/aer US-TS 3,579,807 beschrieben sind. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß übliche Ösen oder ösenlochherstellungsmaschinen in der Laae sind, Düsenspitzen aus einen Stmifenvorrat mit einer Produktionsrate von über

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hundert Düsen oder ösen pro Minute durch Tiefziehen herzustellen. Ein solches Verfahren zur Herstellung der Düsenspitzen hat sich als am meisten zufriedenstellend herausgestellt.

Die kreisförmigen Öffnungen oder Ausnehmungen 13 in der Bodenplatte 12 können eingestanzt, gebohrt oder in anderer Weise ausgeformt werden. Unabhängig davon, v/elches Lochherstellungsverfahren verwendet wird, es muß sich um ein Verfahren handeln, welches in der Laqe ist, mit äußerster Genauigkeit die winzicfen Löcher in der gewünschten Größe und an dem genauen Ort herzustellen, ohne daß die Bodenplatte 12 in anderer Weise deformiert oder beschädigt wird.

Zur Erzielung eines zufriedenstellenden Zusammenbaus der Düsenspitzen 14 mit der Bodenplatte 12 werden diese Düsen im Preßsitz in die öffnungen 13 eingesetzt. Dabei muß darauf geachtet werden, daß ein sicherer und dichter Sitz zwischen dem Dusenspitzenflansch 17 und der Bodenplatte 12 erzielt wird. Weiter ist es von wesentlicher Bedeutung, keinen zu großen Druck auszuüben, da dadurch die Düse 14 oder der zugeordnete Flanschbereich 17 deformiert werden kann. Da die Löcher 13 so nahe beieinander angeordnet sind, ist es weiterhin von ausschlaggebender Bedeutung, daß die Bodenplatte 12 während des Einsatzes der Düsen 14 in geeigneter Weise gelagert ist.

Den Figuren 4 und 5 läßt sich in diesem Zusammenhang dann entnehmen, daß nachdem sämtliche Düsen 14 im Preßsitz in die öffnungen 13 eingesetzt worden sind, die Gesamtheit 22 aus Bodenplatte und den Düsen in einer Haltevorrichtung 24 montiert wird, um in der Vakuumkammer 32, die einer Elektronenstrahl-

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Schweißvorrichtung 30 zugeordnet ist, verschweißt zu werden. Die Haltevorrichtung 24 besteht, wie Figur 4 genauer entnommen werden kann, aus einer eine Ausnehmung auf v/eisenden Bodenplatte 25, in welcher längliche Öffnungen 26 eingeformt sind, zur Aufnahme der Reihen aus Düsen oder Vorsprüngen 14. Figur zeigt weiterhin einen Teil der Einspannmittel 27, die vorgesehen sind, um die Gesamtheit aus Bodenplatte 12 und eingesetzten Düsenspitzen 14 in der Haltevorrichtung 24 sicher zu befestigen. Angrenzend an die Peripherie der Haltevorrichtung ist eine wassergekühlte, röhrenförmige Leitung 28 vorgesehen. Obwohl der einzelne Schweißvorgang mittels eines Elektronenstrahls, mit welchem die einzelnen Düsen an der Bodenplatte befestigt werden, nur einen geringen Wärmeanteil entwickelt, kann sich die Platte aufgrund der großen Anzahl von anzuschweißenden Düsen aufheizen. Der wassergekühlten Leitung 28 v/ird kühles Wasser von einer nicht dargestellten Versorgungsnuelle zugeführt, wodurch sowohl die Haltevorrichtung 24 als auch die vormontierte Bodenplatte 22 gekühlt wird, was insbesondere zur Einhaltung der Dimensionen der Platte beiträgt.

In Figur 5 eine Elektronenstrahl- Schweißvorrichtung 30 schematisch dargestellt. Es handelt sich hier um eine der Schweißvorrichtungen, die im Handel erhältlich sind. Die Elektronenstrahl-Schweißvorrichtung erzeugt einen Elektronenstrahl, der sich etwa mit halber Lichtgeschwindigkeit fortpflanzt. Die Schweißvorrichtung fokussiert oder richtet den Strahl auf einen kleinen,

genauestens kontrollierten und eingeregelten Punkt in einem Vakuum. Beim Auftreffen auf den Flansch 17 und die Bodenplatte 12 v/ird die kinetische Energie der Elektronen in hohe Temperatur umgewandelt. Solche Elektronenstrahl-Schweißvorrich-

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tungen v.'cisen üblicherweise eine Arbeit-^-oder Vakuumkammer auf, eine Verbindunqnleitung 34, die zu einem nicht dargestellten Vakuumpumpsystern läuft und eine Elektronenkanone 38. Weiterhin sind vorgesehen eine optische Säule 40, eine Verbindung 46 zu einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle, ein Strahlablenksystem 44 und eine nicht dargestellte Riegelzelle.

Die Elektronenkanone 38 enthält einen geheizten KoIframfaden, der Elektronen aussendet. Die Elektronen werden durch ein in der optischen Säule 40 angeordnetes elektronisches optisches System zu einem Strahl mit geringem Durchmesser konzentriert. Des v/eiteren ist auch ein elektronisches Ablenksystem vorgesehen, um den Elektronenstrahl 42 in der gewünschten Weise zu leiten und abzulenken. Für die erfindungsgemnßen Zwecke umfaßt dieses Ablenksystem einen Kreisgenerator.

Wie der Figur 3 entnommen v/erden kann, wird der Elektronenstrahl 42 so gerichtet, daß er den mittleren Bereich des den Flansch 17 bildenden Vorsprungs außerhalb der äußeren Umfangsoberflache des Röhrchens 21 der Düsenspitze erfaßt, um einen Teil des Flansches 17 schmelzen und mit der Oberfläche der Bodenplatte 12 in der Weise zu verschweißen, daß sich eine kontinuierliche,umfangsmäßige Schweißung und eine entsprechende Schweißnaht ergibt.

Um den Schweißvorgang durchzuführen, wird die vormontierte Bodenplatte 22 in die Haltevorrichtung oder den Arbeitstisch innerhalb der Vakuumkammer 32 eingesetzt. Die Schweißvorrichtung bringt dann die Elektronenstrahlkanone axial über die erste anzuschweißende Düse in Fosition. Diese Positionierung

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kann durchgeführt werden durch übliche, numerisch kontrollierte und goregelte Mittel, die beispielsweise auch die Einstellung der Position des Arbeitstisches oder der Haltevorrichtung 24 umfassen. Es ist aber auch möglich, die Gesamtheit der Elektronenstrahlkanone zu bewegen. Mittels üblicher Systeme werden der Elektronenstrahl-Schweißvofrichtung Informationen zugeführt, die sich auf die Größe, die Abmessungen und die Position der einzuschweißenden Düsenspitzen beziehen. Die Luft wird aus der Vakuumkammer evakuiert und die Elektronenstrahl-Schwedßvorrichtung führt den Schweißvorgang mit Hilfe des Elektronenstrahl-AblenkungssysteTiR durch, indem die eingegebenen Informationen verwendet werden. Die Kontrollen und Regelvorrichtungen innerhalb der Schweißvorrichtung positionieren dann den Elektronenstrahl 4 2 über der nächsten zu schweißenden Düsenspitze, dieser Zyklus wiederholt sich dann. Der Vorgang setzt sich von Düscnsnitze zu Düsenspitzc fort, bis sämtliche Düsenspitzen an der Bodenplatte angeschweißt sind. Untersuchungen haben ergeben, daß auf diese Weise über zwanzig Düsenspitzen oder durchlöcherte Vorsprünge oder ösen pro Minute verschvreißt v/erden können.

Die Düsenspitzenflansche sind dabei sehr dünn, so daß Sorgfalt darauf verwendet v/erden muß, um zu einer gleichförmigen Schweißung zu gelangen. Es hat sich herausgestellt, daß zur Vermoidunq der Ausbildung von Vertiefungen, Narben oder sonstigen Zerstörungen beim Starten und Abstoppen des Elektronenstrahls din Leistung des Strahls allmählich vergrößert und dabei der Strahl um den Flansch herumbewegt werden soll, wenn die Leistuna ansteigt. Dabei hat sich bei einem Arbeitsverfahren herausgestellt, daß der Elektronenstrahl um eine halbe Ι.'οσΙ,Μηαρ um die Düse bei Anstioq der Leistung bis zur

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gewünschten Höhe bewegt v/erden soll. Ist einmal die volle Leistung erreicht, dann wird der Strahl noch einmal für einen vollen Umlauf um die Düse herumgeführt. Schließlich wird bei abnehmender Leistung der Strahl nochmals um eine halbe Weglänge weitergeführt, bis er seinen ursprünglichen Ausgangspunkt wieder erreicht. Fin solches Verfahren trägt zur Erzielung einer einheitlichen Schweißung bei. Dabei x-zird für einen solchen ganzen Zyklus lediglich ein Zeitraum von drei Sekunden benötigt.

Ein solches Elektronenstrahl-Schweißsystem ist in einzigartiger Weise geeignet und vorteilhaft für das Anschweißen von dünnen Düsenspitzen an die Bodenplatte. Das System läßt sich bei einem Leistungsverbrauch von weniger als drei Kilowatt betreiben und erzeugt nicht so viel Hitze in der Bodenplatte, als es bei früheren VJiderstands-Direktschweißtechniken der Fall war. Mit Ausnahme der Haltevorrichtung 24 kommen keine Metalle, die eine Verschmutzung oder Verunreinigung des Platins bewirken könnten, mit den Düsenspitzen oder der Bodenplatte während des Schweißvorganges in Kontakt. Auch steht nichts mit dem Metall angrenzend an die heiße Schweißverbindung in Verbindung.

Darüberhinaus stellt der Elektronenstrahl einen sehr schmalen Energiestrahl von nicht mehr als 0,015 Zoll (0,038 cm) zur Verfügung. Ein solcher schmaler, genauestens kontrollierter Strahl ist besonders wesentlich, wenn man die geringen Abmessungen der Düsen in Betracht zieht. Die folgenden Angaben stellen übliche, dimensionsmäßige Eigenschaften der Dicke der Bodenplatte 12 des Speisers und einer Ausführungsform

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einer an die Bodenplatte angeschweißten Düsenspitze dar, wobei sowohl Bodenplatte als auch Düse aus Edelmetall oder Legierungen daraus hergestellt sind, beispielsweise aus Platin oder einer Mischung aus Platin und Rhodium oder Platin und Iridium.

Die Dicke der Bodenplatte 12 des Speisers beträgt ungefähr 40 Tausendstel Zoll (0,1-01 cm) . Die röhrenförmigen Spitzen oder Düsen 14 verändern sich in ihren Abmessungen jeweils entsprechend der Bohrung oder des Durchlasses, der sich durch sie erstreckt, dies hängt von den Abmessungen des Glasstromes ab, der durch die röhrenförmige Düse fließen soll. Beispielsweise kann die röhrenförmige Düse eine Gesamtlänge von 175 Tausendstel Zoll (0,44 cm) aufweisen, wobei der äußere Durchmesser des Flansches 17 etwa 135 Tausendstel Zoll (0,34 cm) beträgt. Der äußere Durchmesser des röhrenförmigen Hauptteils 21 liegt bei etwa 100 Tausendstel Zoll (0,25 cm), die innere Bohrung beträgt etwa 75 Tausendstel Zoll (0,19 cm). Die Dicke der Wand des röhrenförmigen Körperteils liegt üblicherweise zwischen 12,5 Tausendstel Zoll (0,032 cm), in ähnlicher Weise liegt die Dicke des Flansches 17 in diesen Größenordnungen. Diesen beispielsweisen Ausführungen, hinsichtlich der Abmessungen, kann entnommen werden, daß die düsenförmigen Spitzen von außerordentlich geringen Abmessungen sind und zum Anschweißen der angrenzenden Oberflächen des Flansches 17 und der Bodenplatte 12 zur Bildung einer v/irksamen abdichtenden Verbindung eine außerordentlich kurze Schweißperiode erforderlich ist.

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Die Schweißzeit kann mit Hilfe elektrisch geregelter Zeitschaltungen üblicher Art kontrolliert und eingestellt werden, je in Abhängigkeit von der besonderen verwendeten Platinlegieruna und der Dicke und des Bereichs des Flansches 17.

Offensichtlich der größte Vorteil, der sich durch Verwendung einer Elektronenstrahl-Schweißvorrichtung ergibt, ist die genaue Kontrolle, die auf diese Weise verfügbar wird. Das Ablenksystem der verwendeten Elektronenstrahl-Schweißvorrichtung v/eist die Fähigkeit auf, kreisförmige oder elliptische Schweissungen, d.h. Schweißverlaufe und Schweißnähte zu erzeugen. Dies ermöglicht das Anschweißen der gesamten Peripherie des dünnen Flansches an die Bodenplatte. Der Versuchsbetrieb von mehreren Speisern, die annähernd 14 Tausend Düsenspitzen verwendeten, die in dieser Weise angeschweißt worden waren, hat ergeben, daß solche Schweißungen nicht leckten.

Untersuchunqsergebnisse und Versuche bei diesem Elektronenschweißvorgang zum Anschweißen der Düsenspitzen haben mehrere mögliche Verbesserungen aufgezeigt. Beispielsweise können zur Erzielung einer guten Verbindung und äußerst betriebssicheren Schweißnähte mit Ausnehmungen versehene Löcher, wie in Figur 3, während der Herstellung der Löcher 13 erzeugt v/erden. Diese Ausnehmung 23, d.h. das Absenken der Löcher, schafft einen Sitz für den Flansch 17 der Düsenspitze, der in die Absenkung hineinpaßt. Auf diese Weise ergibt sich ein guter inniger Kontakt zwischen dem Flansch 17 und der Bodenplatte 12. Außerdem nimmt die Absenkung eine Verbreiterung des Flansches innerhalb des abgesenkten Flanschsitzes auf, wenn zum Einsetzen der Düsenspitzen und zum Abflachen des Flansches Druck ausgeübt wird.

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Dcr Pctriob solcher Speiser, die mit Hilfe von Elektronenstrahlen angeschweißte Düsenspitzen nach folgender Erfindung aufwiesen, zeigte, daß diese in gleicher V7eise zufriedenstellend arbeiteten, wie beispielsweise die in der US-PS 3,598,952 beschriebenen. Ls ließ sich keine übermäßige Deformation des Speisers beobachten, obwohl die öffnungen 13 in der Bodenplatte 1 2 notwendigerweise qrößcr sind als die, die durch das Verfahren in der HS-PS 3,598,9 52 erzeugt worden. Darüberhinaus ist die vorliegende Erfinduna in der lage, Speiser schneller und in wirtschaftlicherer Weise herzustellen. Insbesondere ist es unter Verwendung vorliegender Erfindung mönlich, die Abmessunnon der Düsenspitzen 14 zu verkleinern und die Anzahl der Düsenspitzen pro Einhei tsf lache ir. Gegensatz zu bekannten Eertigungsverfahren zu vergrößern.

Aufgrund vorliegender Erfindung ergeben sich auch noch andere Ausgestaltungen und Möglichkeiten zur Herstellung von Speisern. So zeigt Eigur C-. beispielsweise ein Verfahren und eine Vorr.ichtung zum Anschweißen von kleinen,mit Planschen versehenen Düsenspitzen 114 an den Poden einer vorher mit Eohrunaen versehenen oder gestanzten Rodenplatte 112, wobei die Düsonspitzen von einem Trichter 55 und einem Druckgefäß 57 zugeführt worden. Die Haltevorrichtung oder Lagerung 50 umfaßt herausspringende, eine Ausrichtung bewirkende Spitzen 52, die jeweils einer öffnung oder einer Hohrung 113 der Podenplatte entsprechen und über die Hauptoborf1äche 53 der Eodenplatte 112 hervorstehen. Es können geeignete Fositioniervorrichtungen und Programmsteuerungen (die nicht dargestellt sind) verwendet v/erden, um die vorgeformten Düsenspitzen 114 über den herausstehenden Spitzen 52 auszurichten.

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Bei auf elektrischen Widerstandsverfahren beruhenden Schweißsystemen früherer Art bestanden diese herausstehenden Spitzen aus elektrisch nichtleitendem, hochwärmebeständigem keramischen Material, um ein Anschweißen an die Düsenspitzen oder die Platte zu verhindern. Unter Verwendung der Elektronenstrahlschweissung können die Spitzen auch aus anderem, geeignetem, hitzewiderstandsfähigem Material hergestellt werden, da durch die Düsen kein elektrischer Strom geleitet wird. Die Faltevorrichtung 50 kann in der Weise montiert und durch Röhren mit Wasser gekühlt sein, wie dies schon bezüglich der Haltevorrichtung 22 in Figur 4 beschrieben worden ist. Das in Figur 6 gezeigte Elektronenstrahl-Schweißverfahren zum Anschweißen der Düsenspitze 114 auf die Platte würde es ermöglichen, daß die öffnungen in der gestanzten Platte kleiner sind, so daß die Gesamtfestigkeit der Platte vergrößert wird. Wie ersichtlich, liegen bei diesen Verfahren die Flansche auf der Plattenunterseite auf und werden so mit dieser verschweißt, wobei für die Ausrichtung der öffnungen in den Düsen 114 die hervorstehenden Spitzen 52 der Kalte- und Montageplatte 50 sorgen.

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Claims

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Patentansprüche :

1.'Verfahren zur Herstellung eines Speisers zur Freigabe von Glasströmen bei der Herstellung von Glasfaden, wobei zur Bildung der Speiserbasis (Bodenplatte) in oder über Öffnungen in der Bodenplatte mit Flanschen versehene, röhrenförmige Düseneinsätze eingesetzt oder darüber angeordnet und die Flansche mit der angrenzenden Oberfläche der Bodenplatte verschweißt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronenstrahl auf jeden der Flansche (17) in deren sich über die äußere Oberfläche des Düseneinsatzes (21) erstreckenden mittleren Bereich gerichtet wird, um zur Bildung einer kontinuierlichen, peripheren Schweißung einen Teil des Flansches zu schmelzen und mit der Bodenplattenoberfläche zu verschweißen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl so abgelenkt wird, daß er sich in einer Kreisbahn um oder entlang des Flansches bewegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Beginn des Schweißvorganges die Leistung des Elektronenstrahls allmählich gesteigert und während des Schweißvorganges allmählich verringert wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Elektronenstrahls bei seiner Anfangsbewegung vom Ausgangspunkt gesteigert und eine Kreisbahn bei voller Leistung zurückgelegt und anschließend die Leistung bei Rückführung auf den Ausgangspunkt wieder erniedrigt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Bodenplatte mit den eingepaßten Düsenspitzen in einer Vakuumkammer untergebracht und der Elektronenstrahl indexmäßig von einer Düsenspitze zur anderen weitergeschaltet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (12, 112) während des Schweißvorganges sämtlicher Düsenspitzen (14, 114) eingespannt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bohrung (13) der Bodenplatte abgesenkt ist und daß die Flansche so bemessen sind, daß sie in die Absenkung passen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinsätze so positioniert werden, daß die äußeren Flanschoberflächen mit der Bodenplatte in Verbindung stehen, wobei die öffnungen in der Bodenplatte und die Düseneinsätze von einer lagernden Einspannvorrichtung ausgerichtet sind und der Elektronenstrahl die Flanschoberfläche erfaßt .

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9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Elektronenkanone zur Erzeugung eines schweißenden Elektronenstrahls und einer Vakuumkammer, mit Elektronenstrahl-Ablenkmitteln und Programmierschaltungen zur Bewegung des Elektronenstrahls von einer Position in eine andere und zur Ablenkung desselben, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (32) zur Aufnahme der Bodenplatte (22) eines Speisers ausreichend groß benessen ist und der Bodenplatte eine Haltevorrichtung (24) zugeordnet ist, daß entweder die Haltevorrichtung (24) oder der Elektronenstrahl (42) oder beide von Programmschaltungen so bev:eqbar sind, daß die auf der Bodenplatte angeordneten Düsenspitzen nacheinander in eine Schweißverbindung mit dem Elektronenstrahl bringbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Bodenplatte in der Vakuumkammer (32) Kühlanor.dnungen (Kühlleitung 28) vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlanordnung eine ein Kühlmittel führende Leitung (28) umfaßt, die in wärmeleitender Verbindung mit der Haltevorrichtung (24) steht.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmschaltungen für den Elektronenstrahl so ausgelegt sind, daß dieser einen kreisförmigen Weg bei jeder Schweißüng zurücklegt.

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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung aus einer auf die Löcher (13) der Speiserbodenplatte ausgerichtete hervorstehende Spitzen (52) aufweisenden Lagerplatte besteht, auf welche die Speiserbodenplatte aufgelegt ist und wobei die mit Flanschen versehenen Düsenspitzen (114) von einer Aufbringvorrichtung (55, 57) auf die Unterseite der Speiserbodenplatte aufgesetzt sind.

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