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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionierungeiner Speisernadel sowie eine Fertigungsstrecke für optischeKomponenten, bei welchem eine Speisernadel einer Vorrichtung zurPositionierung von fluidem Material, vorzugsweise von erweichtemGlas, insbesondere eines Nadelspeisers, mittels Verwendung einerKraftmesseinrichtung in deren Lage relativ zu einem Sitz der Speisernadelerfasst wird, sowie weitere Vorrichtungen, welche dieses Verfahrenverwirklichen, und verfahrensgemäß hergestelltGegenstände.
    公开号:DE102004026932A1
    申请号:DE200410026932
    申请日:2004-06-01
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Ralf Dr. Bonitz；Peter Dürdolf
    申请人:Schott AG；
    IPC主号:C03B7-08
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionierungeiner Speisernadel sowie einen Speiser, welcher diese Nadel umfaßt, fernerbetrifft die Erfindung eine Fertigungsstrecke für optische Komponenten.
    [0002] Bisherbekannte Speiser, insbesondere Nadelspeiser, werden seit langemzur Portionierung, beispielsweise von erhitztem und verflüssigtemGlas, eingesetzt und weisen üblicherweiseeine Portionierungsgenauigkeit von ± 3 Gramm auf.
    [0003] ZurHerstellung glastechnischer Artikel, wie beispielsweise Gobs zurLinsenfertigung oder zur Fertigung optischer Komponenten werdenheute jedoch noch weit höhereGenauigkeiten der Portionierung benötigt.
    [0004] Ausden Patent Abstracts of Japan 11-157847 betreffend ein „Deviceand method for supplying molten glass" ist bekannt eine Speisernadel federgestützt exaktzu positionieren. Nachteilig ist bei dieser Halterung jedoch, dassaufgrund der fest eingestellten Federkräfte entweder nur langsam positioniertwerden kann, um mechanische Beschädigungen des Speisernadelsitzeszu vermeiden oder ein erhöhterVerschleiß amVentil hingenommen werden muss. Hierdurch entstehen Undichtigkeiten,welche einen Eingriff des Maschinenführers erfordern und zu Ausfallzeitender Vorrichtung führenkönnen. Fernerist die fest eingestellte Feder nur schwerlich in der Lage, aufthermische Veränderungenoder eventuelles Spiel mit der geforderten Genauigkeit zu reagieren.
    [0005] Zielder Erfindung ist es, mit einem Nadelspeiser eine höhere Portionierungsgenauigkeitzu erreichen, vorteilhaft wärees dabei eine Portionierungsgenauigkeit von ± 50 mgr oder eine noch höhere Genauigkeitzu erreichen, ohne jedoch deutlich erhöhten Abtrag oder schlechterePositionierungen der Nadel in deren Sitz sowie damit einhergehendenachfolgende ungenaue Portionierungen hinnehmen zu müssen.
    [0006] DieseAufgabe wird auf überraschendeinfache Weise mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie mit Vorrichtungengemäß den Ansprüchen 22, 30und 31 erreicht.
    [0007] Bisherwurde das Schließendes Ventils eines Speisers fürGlas meßtechnischim wesentlichen noch nicht erfasst, da dieses bei den herrschenden Temperaturensehr schwierig war und es wurde für das Erkennen der korrektenPositionierung der Speisernadel lediglich auf den Glaslauf abgestellt.
    [0008] Durchdie Erfindung wird jedoch der Schließvorgang selbst erfassbar undes werden hierdurch wesentlich genauere Schließvorgänge, sogar dynamisch kontrolliertmöglich.
    [0009] DieErfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungenund anhand bevorzugter sowie besonders bevorzugter Ausführungsformen näher beschrieben.
    [0010] Eszeigen:
    [0011] 1 eineerste Ausführungsformeiner Vorrichtung zur Portionierung von fluidem Material, insbesonderevon erweichtem Glas, mit einer Kraftmeßeinrichtung, welche Kräfte erfasst,die bei der Positionierung der Speisernadel in deren Lage relativzu einem Sitz der Speisernadel auftreten, bei welcher die Speisernadelkardanisch aufgehängtist,
    [0012] 2 eineDetaildarstellung, welche beispielhaft eine Kraftmeßeinrichtungan einer Speisernadel zeigt,
    [0013] 3 eineDarstellung einer übermässig verkipptenSpeisernadel in deren Sitz, um auftretende Kräfte besser zu erläutern,
    [0014] 4 einezweite Ausführungsformeiner Vorrichtung zur Portionierung von fluidem Material, insbesonderevon erweichtem Glas, mit einer Kraftmeßeinrichtung, bei welcher dieSpeisernadel mechanisch fest aufgehängt ist.
    [0015] DetaillierteBeschreibung bevorzugter Ausführungsformen Beider nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformenwird auf die Zeichnungen Bezug genommen, welche jedoch um der Klarheitwillen nicht maßstabgerecht dargestelltsind.
    [0016] Fernerwird auf das Bezugssystem der 1 Bezuggenommen, in welchem die Pfeile x-, y- und z-Richtungen definieren,durch welche eine x-y-Ebene aufgespannt wird, die im wesentlichensenkrecht zur Längsrichtungeiner Speisernadel 3 verläuft und bei welchem die z-Richtungsich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Speisernadel 3 erstreckt.
    [0017] AlsPositionierung wird im Sinne dieser Beschreibung die Bewegung derSpeisernadel 3 in deren korrekte Position, insbesonderederen korrekte Betriebsposition, verstanden.
    [0018] DerBegriff der Positionierung umfasst hierbei a) die anfänglicheoder auch die währenddes Betriebs wiederholte Justierung der Lage der Speisernadel 3 inder x-y-Ebene und b) die anfängliche oder auch die während desBetriebs wiederholte Justierung der Bewegung der Speisernadel inSchließ-oder Öffnungsrichtung,insbesondere anfänglicheoder auch die währenddes Betriebs wiederholte Justierung von deren Hub.
    [0019] Alskorrekt positioniert wird dabei eine Speisernadel 3 angesehen,welche eine Lage in der x-y-Ebene einnimmt, bei welcher durch derenBewegung in z-Richtung das aus Speisernadel 3 und Ventilsitz 7 bestehendeVentil korrekt öffnetund schließt undvorzugsweise bei der erwünschtenPortionierungsgenauigkeit wenig Verschleiß aufweist.
    [0020] Durchdie erfindungsgemässePositionierung werden sowohl Wärmeausdehnungen,mechanischer Verschleiß alsauch währenddes Betriebs auftretende beliebige Lageveränderungen des aus Speisernadelund deren Sitz bestehenden Ventils berücksichtigt.
    [0021] Dienachfolgend beschriebene Positionierung kann sowohl bei flexibel,insbesondere kardanisch als auch bei starr aufgehängten Nadelnvon Nadelspeisern erfolgreich durchgeführt werden.
    [0022] Nachfolgendwird auf 1 Bezug genommen, welche eineerste Ausführungsformeiner Vorrichtung 1 zur Portionierung von fluidem Material, vorliegendzur Portionierung von erweichtem Glas zeigt, welche über eineKraftmeßeinrichtung 2 verfügt, dieKräftemessen kann, welche auf einer Speisernadel 3 einwirken.
    [0023] DieVorrichtung 1 verfügtferner überein Reservoir 4 fürfluides Material 8, welches mittels einer Heizeinrichtung 6 erwärmbar ist.
    [0024] Mittelsder Heizeinrichtung 6 wird, vorzugsweise Glas, so weit über dieGlastemperatur Tg erhitzt, dass dieses erweicht und eine Viskosität in einembevorzugten Bereich, beispielsweise von kleiner als 100 dPas aufweist.
    [0025] DurchBewegung der Speisernadel 3 in entgegengesetzter z-Richtung kann derSpeisernadelsitz 7 am unteren Ende, des sich vorzugsweisetrichterförmigverjüngendenReservoirs 4 freigegeben werden, wodurch das erwärmte Glas 8 ausdem Reservoir 4 in eine, insbesondere rohrförmig gestaltete Abflußeinrichtung,nämlichdas Speiserrohr 9 geleitet wird.
    [0026] Amunteren Ende des Speiserrohrs 9 befindet sich eine Abrißeinrichtung 10,welche eine Düse 11 umfassenkann oder eine definierte Kante ausgebildet, von welcher das fluideMaterial an eine weitere Fertigungseinrichtung abgegeben wird.
    [0027] Diein den Figuren nicht dargestellte weitere Fertigungseinrichtungkann eine optische Presseinrichtung, insbesondere Präzisionspreßeinrichtung zurHerstellung von Gobs, optischen Komponenten, insbesondere von Linsen,Fresnellinsen und/oder von planen, insbesondere von planparallelenPlatten sein.
    [0028] Inalternativer Ausgestaltung ist die Abrißeinrichtung 10 direktunterhalb des Speisernadelsitzes 7 angeordnet und entfällt dasSpeiserrohr 9. Hierdurch wird das portionierte Materialohne Durchtritt durch eine weitere Abflußeinrichtung direkt an dieweitere Fertigungseinrichtung abgegeben.
    [0029] DasReservoir 4 sowie vorzugsweise auch die rohrförmige Abflußeinrichtungsowie die Heizeinrichtung 6 sind von wärmedämmendem Feuerfestmaterial umgebenund gestatten hierdurch eine sehr exakte Temperatureinstellung sowohldes Reservoirs 4, der rohrförmigen Abflußeinrichtungals auch des darin befindlichen Materials 8.
    [0030] Zusätzlich kannsowohl die in 1 als auch die in 4 gezeigteVorrichtung 1 übereine Einrichtung zur Regulierung des Niveaus des Materials 8 umfassen,wodurch der Druck oberhalb des Speisernadelsitzes 7 mithoher Genauigkeit, vorzugsweise durch Nachführung von erweichtem Materialoder einzuschmelzendem Gemenge aufrecht erhalten werden kann.
    [0031] Beider in 1 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsformist die Speisernadel 3 an einem Galgen 13 mittelseiner kardanischen Aufhängung 14 schwenkbargehalten.
    [0032] DerGalgen 13 verfügt über einenMast 15, welcher relativ zum Reservoir 4 mechanischfest gehalten ist und an welchem eine präzise Längsverschiebung in z-Richtung 16 angebrachtist, welche vorzugsweise servomotorisch, über eine in den Figuren nichtdargestellte Steuereinrichtungen ansteuer- und verfahrbar ist. Diese Steuereinrichtungkann eine dem Fachmann bekannte lokale oder vernetzte, insbesonderezentrale Prozeßsteuereinrichtungsein.
    [0033] Fernerverfügtdie Längsverschiebung 16 über Wegstreckenaufnehmer,welche deren exakten Ort in z-Richtungerfassen und an eine Erfassungs- und Speichereinrichtung 17 weiterleiten.
    [0034] Diekardanische Aufhängung 14 derersten Ausführungsformist an einer in x- und y-Richtung definiert verfahrbaren x- y-Verschiebungseinrichtung 18 festangebracht, welche selbst fest an der Verschiebeeinrichtung 16 gehaltenist.
    [0035] Auchdie x-y-Verschiebungseinrichtung 18 verfügt über Positionsgeber,mittels welcher die Positionen x- und y-Einrichtung erfassbar und an die Erfassungs-und Speichereinrichtung 17 weiterleitbar sind.
    [0036] Fernerverfügtdie x-y-Verschiebereinrichtung 18 bevorzugt über servomotorischeAntriebseinheiten und ist in deren Position durch die in den Zeichnungennicht dargestellte Steuereinrichtung definiert verfahrbar.
    [0037] Durchdiese Anordnung kann die Speisernadel 3 sowohl in x- als auch in y- alsauch in z-Richtung definiert verfahren werden und kann deren jeweilige Positionin der Erfassungseinrichtung 17 erfasst und abgespeichertwerden.
    [0038] Durchmehrere, zeitlich definiert zueinander erfolgende Positionsmessungenkann ferner die Geschwindigkeit und kann auch die Beschleunigungder Speisernadel zeitlich ununterbrochen oder während bestimmter zeitlicherIntervalle bestimmt werden.
    [0039] Eskönnenhierdurch zu hohe beziehungsweise zu geringe Geschwindigkeiten derSpeisernadel 3 sowie gefahr- oder verschleißbringendeBeschleunigungen erfasst werden.
    [0040] Insbesonderedie Geschwindigkeit oder die Beschleunigung der Speisernadelspitze 19 inz-Richtung kann auf einen Maximalwert begrenzt werden indem derenGeschwindigkeitswert an die Steuereinrichtung weitergeleitet undvon dieser unter Einwirkung auf die Längsverschiebung 16 begrenztwird.
    [0041] Hierdurchkönnenungewollte hohe Kräfte beimAuftreffen der Speisernadelspitze 19 auf Teile des Reservoirs 4,insbesondere auf den Speisernadelsitz 7 vermieden werden.
    [0042] Fernerkönnenbei bekanntem Ort der Speisernadel 3 Bereiche definiertwerden, innerhalb deren sehr hohe Geschwindigkeiten sowohl in x-,y- als auch in z-Richtung gestattet werden und können Bereiche, beispielsweisein der Näheder Wändedes Reservoirs 4 definiert werden, innerhalb nur niedrige Geschwindigkeitenverwendet werden, insbesondere Geschwindigkeiten, die eine Beschädigung derSpeisernadel 3 sowie des Reservoirs und des Sitzes 7 vermeiden.
    [0043] Nachfolgendwird auf 2 Bezug genommen, welche starkschematisiert die an der Speisernadel 3 angebrachte Kraftmeßeinrichtung 2 zeigt.
    [0044] DieKraftmeßeinrichtung 2 verfügt über eine inZ- Richtung messende Kraftmeßeinrichtung 20, welchelediglich beispielhaft als zylindrisches piezoelektrisches Elementdargestellt ist.
    [0045] Fernerverfügtdie Kraftmeßeinrichtung 2 über eineKraftmeßeinrichtung 21,welche in x-Richtung auftretende Kräfte und eine Kraftmeßeinrichtung 22,welche in y-Richtungauftretende Kräfte misst.
    [0046] Diejeweiligen Kraftmeßeinrichtungenkönnenaus einer einzigen oder mehreren Kraftmeßeinrichtungen bestehen. Beispielhaftist in 2 eine weitere Kraftmeßeinrichtung 23 inx-Richtung und eine weitere Kraftmeßeinrichtung 24 iny-Richtung dargestellt.
    [0047] Diejeweiligen Kraftmeßeinrichtungenkönnen über Dehnungsmeßstreifen,piezoelektrische sowie andere Meßeinrichtungen verfügen.
    [0048] Alternativzu der Darstellung in den 1 und 4 kanndie Kraftmeßeinrichtung 2 aucham oberen Ende der Speisernadel 3 oder an einem anderemOrt entlang deren achsialer Erstreckung angeordnet sein.
    [0049] Nachfolgendwird auf 4 Bezug genommen, in welchergleiche Bezugszeichen wie in 1 gleicheoder identische Baugruppen kennzeichnen.
    [0050] ImGegensatz zu der in 1 gezeigten kardanischen Aufhängung 4 istdie Speisernadel 3 bei der zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformmechanisch starr mit der x-y-Verschiebungseinrichtung 18 verbunden.
    [0051] HierdurchkönnenunerwünschteTaumelbewegungen, der Speisernadel 3, welche beispielsweisedurch Strömungenim fluiden Material 8 erzeugt werden, stärker alsbei der kardanische Aufhängung unterdrückt werden.
    [0052] Besondersvorteilhaft ist es bei dieser Ausführungsform eine zeitlich ununterbrochene Überwachungder Signale der Kraftmeßeinrichtungen 20 bis 24 vorzunehmen.
    [0053] Durchdie Weiterleitung dieser Signale an die Steuereinrichtung und dasEinwirken der Steuereinrichtung auf die x-y-Verschiebungseinrichtung 18 sowiedie Längsverschiebung 16 kannbei Auftreten zu hoher Kräftesofort ein Anhalten oder eine Bewegung der Speisernadel 3 ineiner zur momentanen Bewegungsrichtung entgegen gesetzten Richtungerfolgen und könnenBeschädigungensowie zu hoher Verschleiß vermiedenwerden.
    [0054] Zumbesseren Verständnisder bei der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens auftretendenKräftesowie Kraftmeßsignalewird auf die Darstellung der 3 verwiesen,welche eine übermäßig verkippteSpeisernadel 3 im Speisernadelsitz 7 in einervergrößerten Querschnittansichtzeigt.
    [0055] Zueiner solchen, jedoch in der Regel nicht so stark geneigten Anordnungder Speisernadel 3 relativ zu deren Ventilsitz 7 kannes bei deren nicht korrekter Positionierung wie nachfolgend beschrieben kommen.
    [0056] Beider korrekten Positionierung der Speisernadel 3 wird diesesich in deren Schließstellunganders als in 3 dargestellt in unverkippterStellung, dies bedeutet in einer Stellung, in welcher die Längsachse 26 parallelzur z-Richtung oder zur Hilfslinie 27 der 3 ausgerichtetist, befinden. Durch die seitliche Anlage der Speisernadelspitze 19 imVentilsitz 7 kommt es dann zu einem verschleißarmen,zuverlässigdichten Schließzustand.
    [0057] Nachfolgendwird beschrieben, wie diese Positionierung unter Verwendung derKraftmeßsignaleerreicht wird.
    [0058] Wirddie Speisernadel 3, aus einer in den 1 und 4 dargestelltenStellung in z-Richtung verfahren so kann deren Spitze 19 beieinem seitlichen Versatz relativ zum Sitz 7, beispielsweisein negativer y-Richtung wie in 4 dargestellt,an einem unteren seitlichen Bereich 25 des Reservoirs 4 auftreffen.
    [0059] Hierbeiwirkt auf die Speisernadel 3, insbesondere auf deren Spitze 19 sowohleine Kraft in Z- Richtung als auch eine Kraft in Y- Richtung ein.Diese Kräftewerden durch die in z-Richtung messende Krafteinrichtung 20 bzw.die in y-Richtung messenden Kraftmesseinrichtungen 22 und 24 erfaßt und gestattendurch deren gleichzeitiges Auftreten die Feststellung einer Fehlpositionierungbzw. Kollision mit dem Reservoir 4.
    [0060] Einein x- und y-Richtung korrekt positionierte Speisernadel 3 würde beideren Verfahrung in z-Richtung im Wesentlichen lediglich ein Kraftsignal inder Kraftmesseinrichtung 20 nämlich lediglich in Z- Richtungerzeugen.
    [0061] Fernerläßt sichnicht nur an der Richtung sondern auch am zeitlichen Verlauf sowiean der Stärkeder Kraftmesssignale erkennen, ob die Speisernadel 3 korrektpositioniert wurde.
    [0062] Wirdeine seitlich fehlpositionierte Speisernadel 3 aus derin den 1 und 4 dargestellten Lage in z-Richtungverfahren kommt es beim Auftreffen der Speisernadelspitze 19 aufden unteren seitlichen Bereich des Reservoirs 4 zu einemschwächerenund in der Regel zeitlich nicht so stark ansteigenden Kraftsignalin z-Richtung wie im Falle korrekter seitlicher Positionierung unddem Auftreffen der Speisernadelspitze 19 den Speisernadelsitz 7.
    [0063] Dieseitlich fehlpositionierte Speisernadelspitze 19 kann imtrichterförmigenunteren Bereich des Reservoirs 4 seitlich ausweichen, welches durchdie kardanische Aufhängung 14 unddie begrenzte Masse der Speisernadel 3 ermöglicht wird. Einderartiges Kraftsignal mag zwar einen relativ starken Anstieg zeigen,jedoch wird dieser danach wieder relativ zügig, bedingt durch die Ausweichbewegungder Speisernadel 3 im fluiden Material 8, abklingen.Auch die Höhedes Anstiegs ist begrenzt, da mit der erfindungsgemäßen VorrichtungGeschwindigkeits- oder Beschleunigungsgrenzwerte eingehalten unddamit verbunden Höchstgrenzenvon einwirkenden Kräftennicht überschrittenwerden.
    [0064] Vorstehendbeschriebene seitliche Ausweichbewegung der Speisernadel 3 trittjedoch bei seitlich korrekt positionierter Speisernadel und deren VerfahrungZ-Richtung nichtauf.
    [0065] Liegtdie Längsachse 26 derSpeisernadel 3 auf der Hilfslinie 27, dies bedeutet,es liegt eine korrekte Positionierung in x- und y-Richtung vor,trifft die Speisernadelspitze 19 in einem vorderen Ringbereichim Wesentlichen gleichzeitig auf dem Speisernadelsitz 7 aufund es kommt hierdurch zu einem sofortigen und in der Regel sehrsteilen Anstieg von Kräftenin Z- Richtung.
    [0066] Daeine seitliche Ausweichbewegung nicht erfolgen kann, nimmt auchdie Höhedes Kraftsignals in z-Richtung nicht wie bei verkippter Nadelstellung abund kommt es nicht nur zu einem steileren Anstieg sondern gegebenenfallsauch zu deutlich höheren statischenKräftenin Z-Richtung.
    [0067] Insbesondereim letzt genannten Falle kann das Kraftsignal in z-Richtung, insbesonderebei nicht bewegter Speisernadel 3 Aufschluß über denkorrekt dichtenden Sitz der Speisernadel geben, da diese Kräfte in z-Richtungauch ein Maß für die ander Speisernadelspitze 19 in Speisernadelsitz 7 auftretende Schließkräfte ist.
    [0068] Dievorstehend beschriebenen Vorrichtungen sowie die nachfolgend beschriebenenVerfahren könnenbesonders vorteilhaft zur Herstellung optischer Komponenten, wiebeispielsweise von Linsen, Frenellinsen und oder Planen, insbesondereplanparallelen Platten mit sehr genau definierten Massen verwendetwerden.
    [0069] Hierdurchergeben sich wesentliche Vorteile für die Heißformgebung, da, insbesonderebeim Präzisionpressen,sehr exakte Formen verwendbar sind und Über- oder Untermaße, welcheansonsten zu fehlerhaften Bauteilabmaßen führen würden, sicher vermieden werdenkönnen.
    [0070] Nachfolgendwird das erfindungsgemäße Verfahrenanhand bevorzugter Ausführungsformen detaillierterbeschrieben.
    [0071] Vorteilhaftwird die Speisernadel 3 zu Beginn der Positionierung möglichstgut in der x-y-Ebene justiert, beispielsweise durch Verwendung derin der Speichereinrichtung 17 abgelegten Werte einer korrektenPositionierung oder auch durch optische oder mechanische Kontrolleder Abständezu den Wänden desReservoirs 4 und zum Sitz 7.
    [0072] DieseJustierung in der x-y-Ebene kann im kalten oder nichterwärmten Zustanddes durch Wärmezufuhrzu erweichenden fluiden Materials 8 die weitere Positionierungnach Erwärmungund Erweichung des fluiden Materials 8 durchgeführt werden.
    [0073] Mitder in x- und y-Richtung erfassenden Kraftmeßeinrichtung, wie beispielsweise,Dehnungsmeßstreifenoder piezoelektrischen Wandlern wird bei einer ersten Ausführungsformdes erfindungsgemäßen Verfahrensdie Kraft in diesen Richtungen gemessen und während des Schließens derSpeisernadel mit einem Trial-und-Error-Verfahrennach dem Nullwert beider Meßwertegesucht.
    [0074] Hierbeikann entweder zufälliggesucht werden oder könnenintelligente Suchstrategien eingesetzt werden, die an einer Veränderungder Meßsignaledie Richtung der Nachregelung erkennen.
    [0075] Sokann beispielsweise zunächsteine Bewegung der Speisernadel in x-Richtung erfolgen, bis ein lokalerMinimumwert erkannt wurde und kann die Speisernadel in dieser x-Positionfestgehalten werden.
    [0076] Daraufhin kann eine Bewegung der Speisernadel in y-Richtung erfolgen, bis ein lokaler Minimumwerterkannt wurde und kann die Speisernadel in dieser y-Position festgehaltenwerden.
    [0077] Hieraufkann wieder eine x- und danach eine y-Bewegung vorgenommen werden,bis der y- und/oder der y-Wert unter einen vorgegebenen Grenzwertfällt odersogar Null erreicht.
    [0078] Wenndieser Nullwert in beiden Richtungen auftaucht, taumelt die Speisernadel 3 beimSchließennicht mehr, welches anzeigt, dass im Wesentlichen nur noch einesenkrechte Hubbewegung vorliegt.
    [0079] Dieseoder weitere Suchstrategien können sowohlbei dieser als auch bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformenverwendet werden.
    [0080] Fernerkann eine als optimal erkannte x-y-Position für den Beginn einer weiterenPositionierung als Ausgangswert in der Erfassungs- und Speichereinrichtung 17 gespeichertwerden.
    [0081] Mitder in z-Richtung erfassenden Meßeinrichtung 20 kanndann die Schließkraftder Speisernadel 3 im Sitz 7 zuverlässig unddauerhaft erfasst werden.
    [0082] DiesesVerfahren sowie die nachfolgend beschriebenen weiteren Verfahrenkönnenmittels einer Regelschleife mit elektrischem Servomotorantrieb betriebenwerden.
    [0083] Mitservomotorischen Antrieben können schnelleaber dennoch dauerhaft exakte Positionierungen vorgenommen werden,da hierdurch mechanische Beschleunigungskräfte, welche ansonsten durchden Ventilsitz aufgebracht werden müssten, durch den Servoantriebabgefangen werden können. Insbesonderemit den bekannten Daten fürden Ort der Speisernadel kann durch die Steuereinrichtung eine sehrschnelle und dennoch sichere Bewegung der Speisernadel bewirkt werden.
    [0084] Diezeitlich durchgehende Erfassung der Kräfte in z-Richtung ermöglicht es, jederzeit Beschädigung desNadelsitzes zu vermeiden, da die beim Schließvorgang auftretenden Kräfte stets überwacht werdenund derart zu hohe Schließkräfte ausgeschlossenwerden können.
    [0085] Fernerkönnendurch die servomotorische Ansteuerung optimale Kraftverläufe alsfeste Werte programmiert oder als definierter Sollwerte innerhalb einerRegelschleife verwendet werden.
    [0086] Esist dabei die kardanische Aufhängung 14 derSpeisernadel 3 vorteilhaft, um deren freies Taumeln undderen selbstjustierende Nachführungbei leichten Dejustierungen zu unterstützen.
    [0087] Fernerkann fürden Ausgangspunkt der Positionierung ein vorher abgespeicherterWert bereits eine Grobjustierung vorgeben, die nur noch der Feinjustierungbedarf.
    [0088] Durchdie exakte Nadelführungkönnenflachere Ventilkurven realisiert werden, welche wiederum zu nochmalserhöhterPortionierungsgenauigkeiten führen.
    [0089] Dieexakte Nadelführungerlaubt es auch, den Ventilbereich sowohl der Speisernadel als auch desSitzes der Speisernadel von der Form her enger aneinander anzupassen,so dass der Öffnungsquerschnittbei einer Bewegung der Speisernadel zum Ventilsitz oder von diesenweg schneller ab- bzw. zunimmt.
    [0090] Erfindungsgemäß ist hierbeieine Vielzahl aneinander angepasster Geometrien verwendbar.
    [0091] Fernerkann die Form des z-Kraftsignals Aufschluss über den Zustand des Ventilsgeben. Ein exakt und schnell ansteigendes Signal kann die korrekteFunktion anzeigen, währendein verschmiertes oder langsamer ansteigendes Signal auf eine Dejustierungoder eingetretenen Verschleiß deutenkann. Hierbei kann die Dejustierung mit Hilfe der x- und y-Signale überprüft und dieAussage des z-Signals validiert werden.
    [0092] Beieiner vereinfachten Ausführungsform wirdauf die x- und y-Signale verzichtet und liefert die Form des z-Signalsallein alle benötigtenWerte.
    [0093] Solangedie Speisernadel in x- und y-Richtung noch nicht korrekt Positioniertist, muss diese eine zum Hub überlagerteTaumelbewegung ausführen,und es muss die Nadel zunächstim Nadelsitz eine schleifende Bewegung bis zu deren endgültigem Sitzdurchführen.Durch eine Bewegung in zur vorhergehenden entgegengesetzter Richtungin der x-y-Ebenekann eine schleifende Bewegung nach deren Erfassung beendet werden.
    [0094] Eskann die Speisernadel 3 in x- und y-Richtung verfahrenwerden und dabei eine Kipp- oder Taumelbewegung sowie eine schleifendeBewegung im z-Kraftsignal erfasst werden, nämlich als zunächst geringeKraft in z-Richtung, welche dann sprunghaft im Schließzustandansteigt und durch das Kraftmeßignalin z-Richtung, insbesondere als ein Anstieg der Kraft in z-Richtungerfasst wird.
    [0095] 17.Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Ansprechenauf das Kraftmeßsignalin z-Richtung, insbesondere in Ansprechen auf einen Anstieg derKraft in z-Richtung, eine der momentanen Bewegung der Speisernadel 3 in derx-y-Ebene entgegengesetzte Bewegung, vorzugsweise mit definierterSchrittweite durchgeführt wird.
    [0096] 18.Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dasswährendder Verfahrensschritte nach Anspruch 16 oder 17 oder intermittierendzu diesen eine Bewegung der Speisernadel 3 in deren Schließrichtungerfolgt.
    [0097] 19.Verfahren nach einem der Ansprüche von15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließzustandder Speisernadel 3 im Speisernadelsitz 7, insbesonderedurch ein schneller und/oder stärkeransteigendes, Kraftmeßsignalin z-Richtung erkannt wird.
    [0098] EskönnenTrial-und-Error-Verfahren oder die vorstehend beschriebenen intelligentenSuchverfahren verwendet werden, um diejenige Position der Nadelzu finden, bei welcher keine Taumelbewegung mehr auftritt, die Nadelsomit in x- undy-Richtung Positioniert ist und deren z-Kraftsignal entsprechend nurnoch eine steilen Anstieg im korrekten Schließzustand anzeigt.
    [0099] Generellkann auch die Form des z-Kraftsignals verwendet werden, um Aufschluß über denZustand des die Speisernadel 3 und den Speisernadelsitz 7 umfassendenVentils zu geben.
    [0100] Beider vorstehenden Beschreibung wurde auf ein kartesisches Koordinatensystemmit einer x-y-Ebene sowie einer z-Richtung Bezug genommen; die Erfindungist jedoch hierauf nicht beschränkt.Es könnenbeispielsweise auch Kräftein anderen Koordinatensystemen, beispielsweise in Polarkoordinaten-oder in Kugelkoordinatensystemen erfindungsgemäß genutzt werden.
    [0101] Darüber hinauskann an Stelle des in z-Richtung gemessenen Kraftmeßsignalsein einziges radiales Signal gemessen werden, beispielsweise das radialeSignal eines zylindrischen piezoelektrischen Wandlers.
    1 Vorrichtungzur Portionierung von fluidem Material 2 Kraftmeßeinrichtung 3 Speisernadel 4 Reservoirfür fluidesMaterial 5 Abdeckung 6 Heizeinrichtung 7 Speisernadelsitz 8 fluidesMaterial, vorzugsweise überTg erwärmtesGlas 9 rohrförmige Abflußeinrichtung 10 Abrißeinrichtung 11 Düse 12 wärmedämmendes,feuerfestes Material 13 Galgen 14 kardanischeAufhängung 15 Mast 16 Längsverschiebung 17 Erfassungs-und Speichereinrichtung 18 x-y-Verschiebungseinrichtung 19 Speisernadelspitze 20 Kraftmeßeinrichtungin z-Richtung 21 Kraftmeßeinrichtungin x-Richtung 22 Kraftmeßeinrichtungin y-Richtung 23 Kraftmeßeinrichtungin x-Richtung 24 Kraftmeßeinrichtungin y-Richtung 25 untererseitlicher Bereich des Reservoirs 4 26 Längsachseder Speisernadel 27 Hilfsachse
    权利要求:
    Claims (33)
    [1] Verfahren zur Positionierung einer Speisernadel,bei welchem eine Speisernadel (3) einer Vorrichtung (1)zur Portionierung von fluidem Material (8), vorzugsweisevon erweichtem Glas, insbesondere in einem Nadelspeiser, positioniertwird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während einesTeils der Positionierung der Speisernadel (3), insbesonderevon deren Spitze (19) relativ zu einem Sitz (7)der Speisernadel (3) eine Kraftmeßeinrichtung (20, 21, 22, 23, 24),vorzugsweise eine in x-, y- und/oder z-Richtung messende Kraftmeßeinrichtung(20, 21, 22, 23, 24),verwendet wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Speisernadel (3, 19) zunächst in einerx-y-Ebene, welche im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse(26) der Speisernadel (3) verläuft, bewegt und nachfolgendin z-Richtung, einerRichtung im wesentlichen parallel zur Längsachse (26) derSpeisernadel (3), in deren Schließrichtung bewegt wird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass währendder kontinuierlich oder schrittweise erfolgenden Bewegung der Speisernadel(3, 19) in der x-y-Ebene mit einer in x- und y-Richtungerfassenden Kraftmeßeinrichtung(20, 21, 22, 23, 24),wie beispielsweise, Dehnungsmeßstreifenoder piezoelektrischen Wandlern auf die Speisernadel (3)wirkende Kräftegemessen werden.
    [4] Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass währendeiner kontinuierlich erfolgenden oder zwischenzeitlich zu einerschrittweise erfolgenden Bewegung in der x- und y-Ebene die Speisenadel(3) schrittweise oder kontinuierlich in Schließrichtungbewegt wird.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass währendBewegens der Speisernadel (3) in Schließrichtung oder während Pausender Bewegung in Schließrichtungmit einem Trial-und-Error-Verfahren nach dem Nullwert der Kraftmeßwerte inx- und y-Richtung gesucht wird.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Bewegung der Speisernadel (3) in x- und y-Richtungnach einem zufälligenMuster durchgeführtwird.
    [7] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Bewegung der Speisernadel (3) in x- und y-Richtungmit einer intelligenten Suchstrategie erfolgt, welche an einer Veränderungder Meßsignaleder Kraftmeßeinrichtung(20, 21, 22, 23, 24)die Richtung der weiteren kontinuierlichen oder schrittweisen Bewegungin x- und y-Richtungerkennt.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass zunächsteine Bewegung der Speisernadel (3) in x-Richtung erfolgt, bis ein lokaler Minimumwerterkannt wird und die Speisernadel in dieser x-Position festgehaltenwird und darauf hin eine Bewegung der Speisernadel (3)in y-Richtung erfolgt, bisein lokaler Minimumwert erkannt wird und dann die Speisernadel (3)in dieser y-Position gehalten wird.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass nach der Bewegung in x- und y-Richtung die Speisernadel (3)um einen definierte Wert in Z-Richtung verfahren wird.
    [10] Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Verfahrensabläufenach Anspruch 8 und 9 so lange durchgeführt werden, bis der von derKraftmeßeinrichtung(20, 21, 22, 23, 24) inx- und/oder in y-Richtung gemessene Wert unter einen vorgegebenenGrenzwert fälltoder sogar Null erreicht.
    [11] Verfahren nach einem der Ansprüche von 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass eine als korrekt positioniert erkannte x-y-Position in einerSpeichereinrichtung (17) als Ausgangswert für den Beginneiner weiteren Positionierung gespeichert wird.
    [12] Verfahren nach einem der Ansprüche von 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass mit einer in z-Richtung erfassenden Kraftmeßeinrichtung die Schließkraft derSpeisernadel (3) relativ zu deren Ventilsitz (7)entweder zeitlich ununterbrochen oder während wesentlicher Teile desSchließvorgangserfasst wird.
    [13] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass eine kardanische Aufhängung (14) der Speisernadel(3), insbesondere um deren freies Taumeln zu gestattenund das selbstjustierende Nachführender Spitze (19) der Speisernadel (3) bei Dejustierungenzu unterstützen, verwendetwird.
    [14] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass im kalten oder nichterwärmten Zustand des durch Wärmezufuhrzu erweichenden fluiden Materials (8) der vorher abgespeicherterWert fürden Beginn der Positionierung der Speisernadel (3), insbesonderein deren x-, y- und/oder z-Richtung verwendet wird und dass die weiterePositionierung nach Erwärmungund Erweichung des fluiden Materials (8) durchgeführt wird.
    [15] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Form des z-Kraftsignals verwendet wird,um Aufschluß über denZustand des die Speisernadel (3) und den Speisernadelsitz(7) umfassenden Ventils zu geben.
    [16] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Speisernadel (3) in x- und y-Richtung verfahren wird und dabei eineKipp- oder Taumelbewegung durch das Kraftmeßignal in z-Richtung, insbesondereals ein Anstieg der Kraft in z-Richtung erfasst wird.
    [17] Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,dass in Ansprechen auf das Kraftmeßsignal in z-Richtung, insbesonderein Ansprechen auf einen Anstieg der Kraft in z-Richtung, eine dermomentanen Bewegung der Speisernadel (3) in der x-y-Ebeneentgegengesetzte Bewegung, vorzugsweise mit definierter Schrittweitedurchgeführtwird.
    [18] Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet,dass währendder Verfahrensschritte nach Anspruch 16 oder 17 oder intermittierendzu diesen eine Bewegung der Speisernadel (3) in deren Schließrichtungerfolgt.
    [19] Verfahren nach einem der Ansprüche von 15 bis 18, dadurchgekennzeichnet, dass der Schließzustandder Speisernadel (3) im Speisernadelsitz (7), insbesonderedurch ein schneller und/oder stärker ansteigendes,Kraftmeßsignalin z-Richtung erkannt wird.
    [20] Verfahren nach einem der Ansprüche von 15 bis 18, dadurchgekennzeichnet, dass die Bewegung der Speisernadel (3)in x- und y-Richtung nach einem zufälligen Muster durchgeführt wird.
    [21] Verfahren nach einem der Ansprüche von 15 bis 19, dadurchgekennzeichnet, dass die Bewegung der Speisernadel (3)in x- und y-Richtung mit einer intelligenten Suchstrategie erfolgt,welche an einer Veränderungdes Meßsignalsder Kraftmeßeinrichtung(20, 21, 22, 23, 24)in z-Richtung die Richtung der Nachregelung in x- und y-Richtung erkennt.
    [22] Vorrichtung zur Portionierung von fluidem Material,insbesondere von erweichtem Glas, gekennzeichnet durch eine Kraftmeßeinrichtung(20, 21, 22, 23, 24),mit welcher, zumindest währendeines Teils der Positionierung der Speisernadel (3), insbesonderevon deren Spitze (19), relativ zu einem Sitz (7)der Speisernadel (3), insbesondere eine in x-, y- und/oderz-Richtung auf die Speisernadel (3) wirkende Kraft, meßbar ist.
    [23] Vorrichtung nach Anspruch 22, ferner umfassend eineEinrichtung (16) zur Bewegung der Speisernadel (3),insbesondere in x-, y- und/oder z-Richtung.
    [24] Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,dass Einrichtung (16) zur Bewegung der Speisernadel (3)in x-, y- und z-Richtung servomotorisch betrieben ist.
    [25] Vorrichtung nach Anspruch 22, 23 oder 24, fernerumfassend eine Erfassungseinrichtung (17), mittels welcherin Abhängigkeitvon dem Ort oder der Geschwindigkeit der Speisernadel (3)in x-, y- und/oder z-Richtung die jeweiligen in x-, y-, und/oder z-Richtungauftretende Kräfteerfassbar sind.
    [26] Vorrichtung nach Anspruch 25, umfassend eine Speichereinrichtung(17), mittels welcher in Abhängigkeit von dem Ort oder derGeschwindigkeit in x-, y- und/oder z-Richtung der Speisernadel (3)die jeweiligen in x-, y-, und/oder z-Richtung auftretende Kräfte, insbesonderenach Erfassung durch die Erfassungseinrichtung (17) speicherbarsind.
    [27] Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 22 bis 27, dadurchgekennzeichnet, dass die Speisernadel kardanisch aufgehängt ist.
    [28] Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 22 bis 27, dadurchgekennzeichnet, dass die Speisernadel starr aufgehängt ist.
    [29] Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 22 bis 28, ferner gekennzeichnetdurch den Anschluß aneine Steuereinrichtung, mittels welcher die Kraftmeßsignaleauswertbar und die Verschiebeeinrichtungen (16, 18)ansteuerbar sind.
    [30] Nadelspeiser umfassend eine Vorrichtung nach einemder Ansprüchevon 22 bis 29.
    [31] Fertigungseinrichtung, insbesondere Fertigungsstreckefür optischeKomponenten, umfassend eine Vorrichtung nach Anspruch 30.
    [32] Gegenstand, insbesondere optischer Artikel, herstellbarmit einem Verfahren mit den Merkmalen zumindest einer der Ansprüche von1 bis 21 sowie unter Verwendung einer Vorrichtungen gemäß einem derAnsprüche30 oder 31.
    [33] Gegenstand gemäß Anspruch32, umfassend einen Gob, eine optische Komponente, insbesondereeine Linse, eine Fresnellinse und/oder eine plane, insbesondereeine planparallele Platte.
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