DE102011119194B4 - Laminated glass tube - Google Patents
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Abstract
Verbundglasrohr, bestehend aus einem inneren Rohr und mindestens einem weiteren, das innere Rohr umgebenden äußeren Rohr, wobei die Rohre durch einen thermisch geführten, vakuumunterstützten Kalibriervorgang gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr eine Umwicklung aus einem zugfesten, temperaturbeständigen Draht- oder Fasermaterial aufweist, wobei im Ergebnis des Kalibriervorgangs sich mindestens Abschnitte der Umwicklung in das äußere Rohr ohne Zerstörung der amorphen Glasstruktur dadurch einprägen, indem die Glasübergangstemperatur TG der Rohrmaterialien im wesentlichen gleich ist, die Schmelztemperatur des Draht- oder Fasermaterials hierzu jedoch unterschiedlich und die Glasübergangstemperatur des Fasermaterials höher als die des Rohrmaterials ist, wodurch durch die Umwicklung eine umlaufende Sicke ausgebildet ist.Laminated glass tube, consisting of an inner tube and at least one further outer tube surrounding the inner tube, wherein the tubes are joined by a thermally guided, vacuum-assisted calibration, characterized in that the inner tube is a wrapping of a tensile, temperature-resistant wire or fiber material wherein, as a result of the calibration process, at least portions of the wrapping into the outer tube without destroying the amorphous glass structure are impressed by substantially equaling the glass transition temperature TG of the tube materials, but the melting temperature of the wire or fiber material is different therefrom and the glass transition temperature of the fibrous material higher than that of the pipe material, which is formed by the wrapping a circumferential bead.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verbundglasrohr, bestehend aus einem inneren Rohr und mindestens einem weiteren, das innere Rohr umgebenden äußeren Rohr, wobei die Rohre durch einen thermisch geführten, vakuumunterstützten Kalibriervorgang gefügt sind, gemäß Patentanspruch 1.The invention relates to a laminated glass tube, comprising an inner tube and at least one further, surrounding the inner tube outer tube, wherein the tubes are joined by a thermally guided, vacuum-assisted calibration, according to
Aus der
Nach der
Bei der Flüssigkeitschromatographiesäule gemäß
Bekannt sind darüber hinaus Glassäulen mit innen liegendem Kernrohr und äußerem Hüllrohr, wobei Kernrohr und Hüllrohr mit einem speziellen Klebeverfahren dauerhaft verbunden werden. Der Verbund ist so aufgebaut, dass das innere Rohr Tragkräfte übernimmt und das äußere Rohr schützt. Hieraus entsteht eine splitterbindende Einheit, die selbst bei starken Beschädigungen ihre Tragfähigkeit erhält (siehe www.hitecglas.de).In addition, glass columns are known with inner core tube and outer cladding tube, core tube and cladding tube are permanently connected with a special bonding method. The composite is constructed so that the inner tube takes over bearing forces and protects the outer tube. This results in a splinter-binding unit that maintains its load-bearing capacity even in the case of severe damage (see www.hitecglas.de).
Die
Die
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1 sowie einer Verfahrenslehre gemäß Patentanspruch 7, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.The solution of the object of the invention is carried out with the combination of features according to
Es wird demnach von einem Verbundglasrohr, bestehend aus einem inneren Rohr und mindestens einem weiteren, das innere Rohr umgebenden äußeren Rohr ausgegangen, wobei die Rohre durch einen thermisch geführten, vakuumunterstützten Kalibriervorgang gefügt sind.It is therefore assumed that a composite glass tube, consisting of an inner tube and at least one other, surrounding the inner tube outer tube, wherein the tubes are joined by a thermally guided, vacuum-assisted calibration.
Erfindungsgemäß weist das innere Rohr eine Umwicklung aus einem zugfesten Fasermaterial auf, wobei im Ergebnis des Kalibriervorgangs sich mindestens Abschnitte der Umwicklung in das äußere Rohr ohne Zerstörung der amorphen Glasstruktur einprägen. Hierdurch entsteht ein neuer Komposit-Werkstoff mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten.According to the invention, the inner tube has a wrap of a tensile fiber material, as a result of the calibration process at least portions of the wrapping in the outer tube without damaging the amorphous glass structure memorize. This creates a new composite material with a variety of applications.
Die erfindungsgemäße Umwicklung besteht aus einem Faserbündel mit einer Vielzahl von Einzelfasern oder -drähten. Beispielsweise weisen die Einzelfasern einen Durchmesser von einem oder wenigen hundertstel Millimetern auf, wobei das gesamte Faserbündel einen Durchmesser von 0,3 mm bis 0,8 mm, bevorzugt 0,5 mm besitzt.The wrapping according to the invention consists of a fiber bundle with a plurality of individual fibers or wires. For example, the individual fibers have a diameter of one or a few hundredths of a millimeter, wherein the entire fiber bundle has a diameter of 0.3 mm to 0.8 mm, preferably 0.5 mm.
Die erfindungsgemäßen Fasern oder Drähte können z. B. Basalt-, Wolfram- und/oder Glasfasern sein. Ebenso wäre der Einsatz von Drähten zur elektrischen Beheizung denkbar.The fibers or wires of the invention may, for. As basalt, tungsten and / or glass fibers be. Likewise, the use of wires for electrical heating would be conceivable.
Die Glasübergangstemperatur TG der eingesetzten Rohrmaterialien sind gleich, hingegen ist die Schmelztemperatur des Fasermaterials hierzu unterschiedlich, insbesondere höher als diejenige des Rohrmaterials.The glass transition temperature T G of the tube materials used are the same, however, the melting temperature of the fiber material is different, in particular higher than that of the tube material.
Das Fasermaterial ist primär mindestens teilweise in das Glas des äußeren Rohres, gegebenenfalls aber auch im inneren Rohr eingebettet. Mit anderen Worten drückt sich das Fasermaterial in das äußere Rohr ein. Es bildet sich hier quasi eine Sicke aus, die zu einer wesentlichen Erhöhung der Gestaltfestigkeit der Gesamtanordnung führt.The fiber material is primarily at least partially embedded in the glass of the outer tube, but optionally also in the inner tube. In other words, the fiber material presses into the outer tube. It forms here virtually a bead, which leads to a significant increase in the structural strength of the overall arrangement.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung können mehr als zwei konzentrische Rohre vorhanden sein, wobei zwischen mindestens zwei der Rohre die Umwicklung aus zugfestem Fasermaterial ausgebildet ist.In one embodiment of the invention, more than two concentric tubes may be present, wherein between at least two of the tubes, the wrap of tensile fiber material is formed.
Die Umwicklung besteht aus beabstandeten spiralförmigen Einzelwicklungen oder aus einer gekreuzten bzw. einer bifilaren Wicklungsausbildung.The wrap consists of spaced helical single windings or of a crossed or a bifilar winding formation.
Dabei ist die Umwicklung nicht so ausgebildet, dass die gesamte Oberfläche des jeweiligen, die Wicklung aufnehmenden Glasrohrs vollständig abgedeckt wird. Vielmehr ist zwischen den einzelnen Windungen der Wicklung ein hinreichend großer Abstand vorhanden.In this case, the wrapping is not formed so that the entire surface of each, the winding receiving glass tube is completely covered. Rather, there is a sufficiently large distance between the individual turns of the winding.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Verbundglasrohrs wird zunächst das Bewickeln oder Umwickeln eines ersten Glasrohrs mit dem erwähnten zugfesten Fasermaterial und ein temporäres Fixieren des Fasermaterials vorgenommen.In the method according to the invention for producing a laminated glass tube, first of all the winding or wrapping of a first glass tube with the mentioned tensile fiber material and a temporary fixing of the fiber material are carried out.
Hiernach wird das umwickelte erste Glasrohr in den zylindrischen Hohlraum eines zweiten, entsprechend durchmessergrößeren Glasrohrs eingebracht. Zwischen den beiden Glasrohren verbleibt nur ein sehr kleiner Spalt, der allerdings ausreicht, um die Umwicklung beschädigungsfrei aufzunehmen.Thereafter, the wrapped first glass tube is introduced into the cylindrical cavity of a second, correspondingly larger diameter glass tube. Between the two glass tubes remains only a very small gap, which is sufficient, however, to absorb the wrap without damage.
Es erfolgt nun das Einführen eines Kalibrierdorns in das Innere des ersten Glasrohrs. Dieser Kalibrierdorn ist bevorzugt aus einem metallischen Material bestehend bzw. weist einen bezogen auf das Glasrohrmaterial anderen, höheren Ausdehnungskoeffizienten auf.There is now the introduction of a calibration mandrel in the interior of the first glass tube. This calibration mandrel is preferably made of a metallic material or has a relation to the glass tube material other, higher expansion coefficients.
Das so geschaffene Rohrsystem wird verschlossen und es erfolgt das Anlegen eines Vakuums.The thus created pipe system is closed and there is the application of a vacuum.
Mit dem Erwärmen des vorgefertigten Verbundes auf die Glasübergangstemperatur der Glasrohre folgt ein Anlegen des inneren Rohres an den Kalibrierdorn, wobei durch die Erwärmung von außen nach innen das zweite bzw. weitere Rohre der Durchmesserveränderung des ersten Rohres folgen, so dass letztendlich der gewünschte Verbund mit endgültigem Fixieren der Umwicklung geschaffen ist. Im Anschluss wird ein gesteuertes, langsames Abkühlen des Rohrsystems mit Entfernen des Kalibrierdorns realisiert.By heating the prefabricated composite on the glass transition temperature of the glass tubes, applying the inner tube to the Kalibrierdorn, followed by the heating from outside to inside the second or further tubes of the change in diameter of the first tube, so that ultimately the desired bond with final Fixing the wrapping is created. Subsequently, a controlled, slow cooling of the pipe system with removal of the calibration mandrel is realized.
Wie bereits angedeutet, kann das zweite Glasrohr von mindestens einem weiteren Glasrohr umgeben sein.As already indicated, the second glass tube may be surrounded by at least one further glass tube.
In Ausgestaltung dieses Gedankens der Erfindung können in dem sich ergebenden konzentrischen Rohrsystem mehrere Rohre mit Umwicklungen vorhanden sein.In an embodiment of this idea of the invention, a plurality of tubes with wraps may be present in the resulting concentric tube system.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen hierbei:The invention will be explained below with reference to an embodiment. The figures show:
Bei dem Ausführungsbeispiel wird auf ein inneres Glasrohr
Auf das derart umwickelte innere Rohr
Alle Rohre
Die Glasübergangs- oder Erweichungstemperatur ist diejenige Temperatur, bei der ein Glas die größte Änderung der Verformungsfähigkeit aufweist. Hier ist zu beachten, dass Glas eine erstarrte Flüssigkeit ist. Als Gläser können anorganische Gläser, aber auch organische Gläser wie z. B. amorphe Kunststoffe Verwendung finden. Der Glasübergang trennt den unterhalb liegenden spröden energieelastischen Bereich vom oberhalb liegenden weichen, entropielastischen Bereich.The glass transition or softening temperature is the temperature at which a glass exhibits the greatest change in deformability. It should be noted that glass is a solidified liquid. As glasses inorganic glasses, but also organic glasses such. As amorphous plastics find use. The glass transition separates the underlying brittle energy-elastic range from the above soft, entropy-elastic range.
In das innere Glasrohr
Nach Verschließen des Rohrsystems an den Enden erfolgt das Anlegen eines Vakuums im Rohrsystem.After closing the pipe system at the ends, a vacuum is applied in the pipe system.
Nachdem dieser Schritt vollzogen wurde, erfolgt die eigentliche Kalibrierung des Rohrsystems. Hierfür wird das vorgefertigte System in einem Ofen erwärmt, und zwar so lange, bis der Übergang vom Glaszustand in den flüssigen Zustand erreicht wird. Dieses Erwärmen erfolgt abschnittsweise, jedoch in einem kontinuierlichen Verlauf, über die Längserstreckung des Rohrsystems. Hierbei legt sich das innere Rohr präzise an den Dorn an. Da die Erwärmung der einzelnen Rohre des Rohrsystems von außen nach innen erfolgt, folgen alle anderen, außen liegenden Rohre der Durchmesserveränderung des inneren Rohres.After this step has been completed, the actual calibration of the pipe system takes place. For this purpose, the prefabricated system is heated in an oven, until the transition from the glass state to the liquid state is reached. This heating takes place in sections, but in a continuous course, over the longitudinal extent of the pipe system. Here, the inner tube lays precisely to the mandrel. Since the heating of the individual tubes of the pipe system takes place from outside to inside, all other, outer tubes follow the change in diameter of the inner tube.
Nach einem gezielten, langsamen Abkühlen des Rohrsystems wird der Dorn bedingt durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Dorns und dem Glasrohrverbundsystem entfernt. Die entsprechenden Umwicklungen sind nun fest im Rohrsystem eingebunden.After a targeted, slow cooling of the pipe system, the mandrel is due to different coefficients of expansion between the material of the mandrel and the glass tube composite system removed. The corresponding wrappings are now firmly integrated in the pipe system.
Als Material für die Umwicklung
Aus durchgeführten Berstversuchen hat sich gezeigt, dass Rohrsysteme mit einem Durchmesser von 20 mm, einer 5 mm Steigung der Umwicklung und mit einem Umwicklungsmaterial aus Basaltfasern Drücken bis über 230 bar standhalten.From bursting tests it has been shown that pipe systems with a diameter of 20 mm, a 5 mm pitch of the wrapping and a wrapping material made of basalt fibers can withstand pressures of more than 230 bar.
Bei einer vergleichbaren Umwicklung, allerdings bestehend aus einem Glasfasermaterial, wurden Berstdrücke bis oberhalb 240 bar nachgewiesen.In a comparable wrapping, but consisting of a fiberglass material, bursting pressures above 240 bar were detected.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass das zugfeste Fasermaterial aufgrund der höheren Glasübergangstemperatur bezogen auf diejenige des Rohrglasmaterials keine feste Verbindung mit der Oberfläche der Glasrohre eingeht.It should be noted that the tensile fiber material due to the higher glass transition temperature relative to that of the tube glass material does not form a firm connection with the surface of the glass tubes.
Lediglich Abschnitte der Umwicklung prägen sich gemäß
Die Fasern können bei einem Ausführungsbeispiel zu einem Faserbündel vereint werden, wobei das entsprechende Bündel dann die Umwicklung darstellt. Hier wurden gute Ergebnisse bei einem Durchmesser des Faserbündels von im Wesentlichen 0,5 mm erreicht.The fibers can be combined in one embodiment into a fiber bundle, wherein the corresponding bundle then represents the wrapping. Here, good results have been achieved with a diameter of the fiber bundle of substantially 0.5 mm.
Die mit dem Ausführungsbeispiel realisierten Rohre können als besonders druckbeständige Glasrohre für den Einsatz in der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie und vor allem in der Biochromatographie Anwendung finden.The tubes realized with the exemplary embodiment can be used as particularly pressure-resistant glass tubes for use in high-performance liquid chromatography and, above all, in biochromatography.
Die
Auf das erste, Innenrohr
Im Ergebnis des Einbringens des Rohres
Nach dem durchgeführten Kalibrierprozess und dem spannungsfreien Abkühlen der Verbundanordnung, wie in den
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- 2011-11-22 DE DE102011119194.5A patent/DE102011119194B4/en active Active
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