专利名称：拉丝坩锅温度控制方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及拉丝坩锅，并且涉及拉丝坩锅温度控制方法和系 统，更具体地，涉及玻璃纤维拉丝坩锅温度控制方法和系统。
技术背景玻璃纤维通过经由设置在玻璃纤维行业中称为拉丝坩锅 (bushing )的加热容器中的孔或喷嘴在给定速率下拉制多股熔化玻璃 流而制成。盛装熔化玻璃的拉丝坩锅被电加热并保持在给定温度，从 而以期望粘度在孔或喷嘴处提供熔化玻璃。从孔或喷嘴拉制的纤维在 其凝固为一根或多根原丝(strand)之后收集并且巻绕为 一个或多个 包。具有800到4000或更多孔或喷嘴的拉丝坩锅在该行业很常见，但 是也使用具有更少孔或喷嘴的拉丝坩锅。从拉丝坩锅生产多于 一根原 丝也很普遍。例如，有时从单个拉丝坩锅生产两根、四根或其他数量 根原丝。这样的装置通常称为分割式拉丝坩锅。通常这通过将坩锅分 成多个部分或段来实现，每一部分或段提供一根原丝。以这种方式分 割坩锅来生产多于一根原丝可能需要精确控制拉丝坩锅部分的温度， 从而使所生产并且巻绕成包的原丝具有相同的码数，即每磅玻璃具有 相同数量的码，或者，从另一角度来看，在给定时间周期内收集的每 包玻璃原丝具有相同的重量。用于调节拉丝坩锅加热方式和控制单根原丝的形成的技术的进 展，特别是控制细丝(filament)直径变化系数的技术的进展，已经从提供大量但是有些不精确的拉丝坩锅调节的移动式手工散热片型冷 却器发展到三到四个接线端控制器，这些接线端控制器通过绕过拉丝 坩埚的部分分流受控的电流以产生可变加热来调节拉丝蚶埚每一部分 中的电流。还已经开发了通过分流电流而有效监控和控制每一个拉丝坩埚的温度的拉丝坩埚平衡控制器。美国专利No.5，051，121和 5，071，459中描述了拉丝坩埚平衡控制器的实例，其在此引入作为参 考。在使用接线端来绕过拉丝坩埚各部分分流电流时，接线端通常设 置在拉丝蚶埚的单侧上。发明内容本发明总体涉及拉丝坩埚温度控制方法和系统。本发明的方法和 系统的一些实施例可有效改进生产纤维例如玻璃纤维的制造工艺。本发明的一些实施例涉及具有多个段的拉丝坩埚的温度控制方 法。在一个实施例中，具有多个段的拉丝坩埚温度控制方法包括从 包括至少两段的拉丝坩埚形成多根细丝，将细丝聚集成至少两根经线 (ends)，测量所述至少两根经线中每一个的尺寸，将所述至少两根经 线的测得尺寸与期望经线尺寸比较，响应于经线尺寸比较结果而调节 通过拉丝蚶埚段中至少一个的电流量。可在本发明各实施例中比较的尺寸可包括包重量、包直径、经线直径和/或其他尺寸参数。其他实施 例和其他方法在下面的具体实施方式
中描述。本发明的一些实施例涉及具有多个段的拉丝坩埚的温度控制系 统。在一个实施例中，具有多个段的拉丝坩埚的温度控制系统包括 形成玻璃纤维的拉丝坩埚，所述拉丝坩埚包括漏板(tip plate )、从漏 板外围向上延伸的两个相对的侧壁和从漏板外围向上延伸并且连接到 所述两个侧壁以形成用于熔化玻璃的容器的两个相对的端壁，其中所 述漏板包括适于使玻璃通过以形成细丝的孔；连接到第一端壁上的接 线端且连接到第二端壁上的接线端的电流源；用于调节经过每一个拉 丝蚶埚段的电流的装置，所述调节装置连接到第一侧壁上的接线端； 用于测量从拉丝坩埚形成的玻璃纤维尺寸的装置；和与所述测量装置 及调节装置通讯的控制器。在一些实施例中，调节装置包括可调节电流通过装置。其他的实施例和其他系统在下面具体实施方式
中描述。本发明的一些实施例涉及形成玻璃纤维的拉丝坩埚。在一个实施 例中，形成玻璃纤维的拉丝坩埚包括漏板，其中所述漏板包括适于使玻璃通过以形成细丝的孔；从漏板外围向上延伸的两个相对的侧壁； 从漏板外围向上延伸并且连接到所述两个侧壁以形成用于熔化玻璃的 容器的两个相对的端壁；连接到第一侧壁的接线端；连接到第二侧壁 的接线端；连接到第一端壁的接线端；和连接到第二端壁的接线端。 其他实施例和其他系统在下面的具体实施方式
中描述。本发明的这些和其他实施例在下面的具体实施方式
中更详细地描述。
图l是纤维形成设备的一个非限制性实例的示意图。图2是拉丝坩埚的一个非限制性实例的正面视图。图3是沿图2的3-3线的图2拉丝坩埚的端视图。图4是拉丝坩埚(孔未显示)的一个非限制性实施例的示意性底视图，示出了拉丝坩埚与接线端的连接。图5是多段拉丝坩埚和拉丝坩埚温度控制系统的实例的方块图。
具体实施方式
为了说明，除非另外指出，在所有情况下，说明书中使用的所有 数字都应理解为由术语"大约"修饰。因此，除非给出相反的指示，在 下面的说明中提到的数字参数都是近似值，其可根据要通过本发明试 图获得的期望性能而改变。丝毫没有并且不试图限制等同于权利要求 范围的原理的应用，每一个数字参数应至少按照所述有效数字的数量 并且通过应用一般舍入法来解释。尽管陈述本发明的广泛范围的数字范围和参数是近似值，但是在 具体实例中提到的数值尽可能精确地介绍。但是任何数值固有地包含 由于其各自测试测量方法中存在的标准偏差必然导致的一定误差。而且，这里公开的所有范围应理解为包括任何和所有其中包含的子域。 例如，所述的"l到IO"的范围应认为包括任何和所有在最小值1和最大值10之间的任何及所有子域(并且包含最小值1和最大值10 );即 以最小值l或更大值开始(例如1到6.1)并且以最大值IO或更小值 结束(例如5.5到10)的所有子域。另外，称为"在此引入"之类的任 何引用应理解为全文引入。
还应注意，当在该说明书中使用时，单数形式"一"、"一个"和"这 个"包括复数个所指对象，除非明确地并且不含糊地限制到一个所指对 象。
在连续纤维生产中使用的拉丝坩埚漏板处的熔化的可纤维化材料 的温度和流速变化可能对所生产的纤维的质量和生产工艺的效率都有 害。本发明的一些实施例可提高拉丝坩埚漏板处熔化的可纤维化材料 的温度和流速的均一性。本发明的一些实施例被认为有助于提高所生 产的纤维的直径的均一性，和/或减少在拉丝(attenuation)工艺过程中 纤维的断裂，和/或提高工艺效率。
如将在下面详细讨论，在一些实施例中，可通过增加和/或分流拉 丝坩埚的一段或多段中的电流，来实现拉丝坩埚漏板处温度和流速的 均一性的提高。
如下面说明，拉丝坩埚通常由导电材料构造。电流经过拉丝坩埚 以加热拉丝坩埚并且保持熔化的可纤维化材料流经拉丝坩埚。在生产 中，拉丝坩埚可具有"热，，点或"冷"点，在所述"热，，点或"冷"点处，特 定位置的温度高于或低于其他位置中的温度，或高于或低于整个拉丝 坩埚的平均温度。这样的温度偏差可能由于多个原因而出现。例如， 拉丝坩埚可能在靠近其外围处比在其中心温度更低。
过去，已经将电流从拉丝坩埚分流来控制拉丝坩埚的温度。在本 文中使用时，当与电流分流相关使用时，术语"分流"意思是将提供到 拉丝蚶埚的总电流的至少一部分从拉丝坩埚转移。电流可通过分流电 路分流。在一些实施例中，电流可在另一个位置返回到拉丝坩埚。在 一些实施例中，电流可能不返回到拉丝坩埚。分流的电流导致已经从 其转移电流的拉丝坩埚段温度降低。
虽然本文使用术语"段"，但是本领域的技术人员应理解，拉丝坩埚不是必需物理上分割成段。除非本文另有说明，术语"段"指拉丝坩 埚的各个区域，多根细丝从所述各个区域聚集以形成经线，每一段有 一根经线与其相关联。本文使用的术语"经线"意思是聚在一起的多根 纤维。
在一个实施例中，具有多个段的拉丝坩埚温度控制方法包括从 包括至少两个段的拉丝坩埚形成多根细丝，将细丝聚集成至少两根经 线，测量所述至少两根经线中每一个的尺寸，将所述至少两根经线的 测得尺寸与期望经线尺寸比较，和响应于经线尺寸比较结果而调节经 过拉丝坩埚段中至少一个的电流量。在一些实施例中，每一根经线可 由分离的拉丝蚶埚段形成。在一些实施例中，拉丝坩埚可包括两个或 多个接线端，所述接线端中的至少两个连接到拉丝坩埚的相对侧壁。 本发明方法的一些实施例可还包括将经线巻绕成一个或多个包。在一 些实施例中，每一根经线可巻绕成分离的包。
可在本发明各实施例中比较的尺寸可包括形成包的重量、形成包 的直径、经线直径和/或其他尺寸参数。在一些实施例中，可测量单个 尺寸参数，而在其他实施例中，可测量两个或多个尺寸参数。例如， 在测量两个或多个尺寸参数的一些实施例中，可测量形成包的重量和 直径。
在其中每一经线巻绕为单独包的一些实施例中，测量至少两根经 线中每一个的尺寸包括称量每一个包的重量。在这些实施例的一些中， 将至少两根经线的测得尺寸与期望经线尺寸比较包括将每一个包的重 量与期望的包重量比较。
当从拉丝坩埚段形成的包重量小于期望包重量时，在一些实施例 中，调节经过拉丝蚶埚段的电流量包括增大经过拉丝坩埚段的电流量。 在一些实施例中，增大经过拉丝坩埚段的电流量可包括在靠近拉丝坩 埚段的接线端中增加电流。
在其他实施例中，当从拉丝坩埚段形成的包重量小于期望包重量 时，调节经过拉丝蚶埚段的电流量包括绕过拉丝坩埚段分流更少的电 流。在一些实施例中，绕过拉丝坩埚段分流更少的电流包括在靠近拉丝坩埚段的接线端处减小从拉丝蚶埚移除的电流。
在一些实施例中，当从拉丝坩埚段形成的包重量大于期望包重量 时，调节经过拉丝坩埚段的电流量可包括绕过拉丝坩埚段分流电流。
虽然在一些实施例中包括测量每一个包的重量，但是在一些实施 例中可测量每一个包的直径。在这样的实施例中，测量至少两根经线 中每一个的尺寸包括测量每一个包的直径。在测量包直径的实施例中， 比较至少两根经线的测得尺寸可包括将每一个包的直径与期望包直径 比较。当从拉丝蚶埚段形成的包直径小于期望包直径时，在一些实施 例中，调节经过拉丝坩埚段的电流量可包括增加经过拉丝坩埚段的电 流量。在其他实施例中，增加经过拉丝坩埚段的电流量可包括在靠近 拉丝坩埚段的接线端中注入电流。
当从拉丝蚶埚段形成的包直径小于期望包直径时，在一些实施例 中，调节经过拉丝坩埚段的电流量可包括在一些实施例中绕过拉丝坩 埚段分流更少的电流。在一些实施例中，绕过拉丝坩埚段分流更少的 电流包括在靠近拉丝坩埚段的接线端处减小从拉丝坩埚移除的电流。
当从拉丝坩埚段形成的包直径大于期望包直径时，在一些实施例 中，调节经过拉丝坩埚段的电流量可包括绕过拉丝坩埚段分流电流。 在一些实施例中，绕过拉丝坩埚段分流电流可包括在靠近拉丝坩埚段 的接线端处从拉丝坩埚移除电流。
在一些实施例中，不管经线是否巻绕为包，测量至少两根经线中 每一个的尺寸可包括测量每一根经线的直径。在测量每一根经线的直 径的一些实施例中，比较至少两根经线的测得尺寸包括将每一根经线 的直径与期望经线直径比较。
当从拉丝蚶埚段形成的经线的直径小于期望经线直径时，调节经 过拉丝坩埚段的电流量可包括增加经过拉丝坩埚段的电流量。在一些 实施例中，增加经过拉丝坩埚的电流量可包括在靠近拉丝坩埚段的接 线端中注入电流。在其他实施例中，当从拉丝坩埚段形成的经线的直 径小于期望经线直径时，调节经过拉丝坩埚段的电流量可包括绕过拉 丝坩埚段分流更少的电流。在一些实施例中，绕过拉丝坩埚段分流更少的电流可包括在靠近拉丝坩埚段的接线端处减小从拉丝坩埚移除的 电流。
当从拉丝坩埚段形成的经线直径大于期望经线直径时，在一些实 施例中，调节经过拉丝坩埚段的电流量可包括绕过拉丝坩埚段分流电 流。在一些实施例中，绕过拉丝坩埚段分流电流可包括在靠近拉丝坩 埚段的接线端处从拉丝坩埚移除电流。
本发明的一些实施例涉及具有多个段的拉丝坩埚的温度控制系 统。在一个实施例中，具有多个段的拉丝坩埚的温度控制系统包括形
成玻璃纤维的拉丝坩埚；连接到拉丝坩埚第一端壁上的接线端并且连 接到拉丝坩埚第二端壁上的接线端的电流源；用于调节经过每一个拉 丝坩埚段的电流的装置，所述调节装置连接到拉丝坩埚第一侧壁上的 接线端；用于测量从拉丝坩埚形成的玻璃纤维的尺寸的装置；和与测 量装置及调节装置通讯的控制器。在一些实施例中，调节装置包括可 调节电流通过装置。
在一些实施例中，调节装置可连接到第一端壁上的接线端，并且 连接到第二端壁上的接线端。在一些实施例中，调节装置也可连接到 位于一个或多个侧壁上的接线端。例如，在一些实施例中，调节装置 可连接到第一侧壁上的接线端和第二侧壁上的接线端。
在一些实施例中，测量装置可包括用于称量从拉丝坩埚形成的玻 璃纤维的重量的装置。在一些实施例中，测量装置可包括用于测量从 拉丝坩埚形成的至少一个玻璃纤维经线的直径的装置。在从拉丝坩埚 形成的玻璃纤维包括至少两个玻璃纤维包的 一些实施例中，测量装置 可包括用于测量从拉丝坩埚段形成的每一个包的直径的装置。在从拉 丝坩埚形成的玻璃纤维包括至少两个玻璃纤维包的实施例中，测量装 置包括用于测量至少两个玻璃纤维包的直径的装置。
本发明的一些实施例涉及形成玻璃纤维的拉丝坩埚。在一个实施 例中，形成玻璃纤维的拉丝坩埚包括漏板，所述漏板包括适于使玻璃 通过以形成细丝的孔；从所述漏板外围向上延伸的两个相对侧壁；从 所述漏板外围向上延伸并且连接到两个侧壁以形成用于熔化玻璃的容器的两个相对端壁；连接到第一侧壁的接线端；连接到第二侧壁的接 线端；连接到第一端壁的接线端；和连接到第二端壁的接线端。在一 些实施例中，其他接线端可连接到侧壁。例如，在一些实施例中，第 二接线端可连接到第一侧壁，和/或第二接线端可连接到第二侧壁。在 一些实施例中，三个或多个接线端可连接到一个或两个侧壁。
虽然本发明将基本上在其用于玻璃纤维生产、装配和应用的范围 内进行讨论，但是本领域的技术人员应理解，本发明的实施例可用于 从其他可纤维化的材料例如无机物形成纤维，所述其他可纤维化的材 料可通过喷嘴拉丝而拉制成纤维。参见聚合物科学和技术辞典第6巻 506-507页(Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Vol. 6 at 506-507)。在本文中使用时，术语"可纤维化"意思是材料能够形成通 常连续的细丝。
本领域的普通技术人员将意识到，本发明可实现多种玻璃纤维的 生产、装配和应用。适用于本发明的玻璃纤维的非限制性实例可包括 从例如"E-玻璃"、"A-玻璃"、"C玻璃"、"S-玻璃"、"ECR-玻璃"(耐 蚀玻璃)和氟和/或无硼玻璃及其衍生物等可纤维化的玻璃组分制备的 那些玻璃纤维。待纤维化的玻璃的组分对于本发明通常并不重要，并 且，因此，本发明的实施例可在任何数量的可纤维化玻璃组分的制造 工艺中实施。
如将在下面更详细地讨论，玻璃纤维可由熔化玻璃形成。例如， 玻璃纤维可在直接熔化纤维形成操作中形成，或在间接或玻璃球熔化 (marble-melt)纤维形成操作中形成。在直接熔化纤维形成操作中， 原材料在玻璃熔炉中结合、熔化并且均质化。熔化的玻璃从熔炉移动 到前炉，并且进入例如拉丝坩埚的纤维形成设备，在其中将熔化的玻 璃拉丝为连续的玻璃纤维。在玻璃球熔化玻璃形成操作中，预形成具 有最终期望玻璃组分的玻璃片或玻璃球，并且将其送到拉丝坩埚中， 在拉丝坩埚中使其熔化并且拉丝为连续的玻璃纤维。如果使用预熔化 器，则玻璃球首先被送到预熔化器中，熔化，然后将熔化的玻璃供到 例如拉丝坩埚等纤维形成设备中，在其中使玻璃拉丝形成连续的纤维。关于玻璃组分和形成玻璃纤维的方法的更多信息参见K. Lowenstdn 的《连续玻璃纤维制造冲支术》(The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres )(第三版，1993 )，第30-44、 47-103和115-165
页，其在此特别引入作为参考。
在典型的直接熔化纤维形成操作中，玻璃熔炉和前炉将熔化的可 纤维化材料流传送到与连接到前炉底部的金属拉丝坩埚配合的出口。 本发明的实施例涉及拉丝坩埚温度控制方法和系统。熔炉和前炉结构 在该行业中通常已知，并且公开其细节对于理解本发明的实施例不是 必需的。关于前炉结构的更多信息可在例如K. Loewenstein的《连续 玻璃纤维的制造技术》(The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers )(第三版，1993 )，第85-101页获得。
熔化的玻璃从拉丝坩埚底部流经漏板中的很多孔或"嘴(tip)"， 在所述漏板处所述熔化的玻璃可由巻绕器拉丝来形成具有期望尺寸的 玻璃细丝。然后玻璃细丝可与涂敷器接触来涂敷胶料组分，由导向装 置收集来形成长条或原丝，并且巻绕在巻绕器的筒座周围。合适的胶 料组分和巻绕器的实例在Loewenstein(前述)的第186-194和237-287 页中进行了描述。由于胶料组分通常在玻璃细丝形成之后涂敷，因此 本发明的实施例基本上可在任意数量的胶料组分(或者无胶料组分) 涂敷到玻璃细丝的制造工艺中实施，并且本发明不限于任何特定胶料 组分。类似地，本发明不限于使用任何特定巻绕器的制造工艺。如本 领域技术人员所知，巻绕器并不是在所有用于形成玻璃纤维产品的工 艺中都需要，因为玻璃纤维可直接提供到其他加工设备。
图1示出典型的玻璃纤维形成设备的一个非限制性实例。本领域 的技术人员将意识到，本发明的实施例基本上可在大多数纤维形成操 作中实施，在所述纤维形成操作中，通过使熔化材料经过拉丝坩埚中 的多个孔或喷嘴而使熔化材料形成纤维。在所示出的实例中，纤维形 成设备10包括玻璃熔炉或前炉14，所述玻璃熔炉或前炉14包含熔化 的可纤维化的材料或玻璃16供给源，具有连接到前炉14底部的金属 拉丝蚶埚18。电引线19连接到电能源20，并且在导体22处连接到拉丝坩埚18 来加热拉丝坩埚18和其中盛装的熔化玻璃16。熔化玻璃16从拉丝坩 埚18底部通过漏板26中的多个喷嘴或孔24由巻绕器28拉制，以形 成玻璃纤维12。通常，玻璃纤维12与涂敷器30接触以向其涂敷胶料 组分，并且由导向装置32聚集。在所显示的实施例中，使用了巻绕器， 并且聚集的玻璃纤维巻绕在巻绕器28可旋转的筒座34周围，以形成 包36。
现在参照图2和3，拉丝蚶埚18包括基本上平直的漏板26。漏板 26的长度48和宽度50可变。在一些实施例中，漏板26的长度48可 基本上为从约25到约127厘米(cm，约10到约50英寸)的范围， 宽度50可基本上为从约6到约25cm (约2.5到约10英寸)的范围。 在一些实施例中，漏板可基本上具有约1到约3毫米(mm,约0.04 到约0.12英寸)的厚度，通常具有约1到约2.5mm (约0.04到约0.1 英寸)的厚度。本领域技术人员应理解，漏板26的尺寸可根据需要改 变。本发明的一些实施例可在现有的制造工艺中实施，在这些现有制 造工艺中，漏板尺寸通常已经确定，并且本发明不限于具有特定尺寸 的漏板。
如图2中所示，漏板26具有孔区域38，孔区域38包括多个孔24， 通过所述孔24，熔化的玻璃16以高速率拉制成单独的纤维12或细丝 的形式。可能期望在熔化的玻璃16从孔拉出时使孔保持在基本上均一 的温度，从而帮助生产具有基本上均一直径的纤维12。如在本文中更 详细地所述，本发明的一些实施例涉及拉丝坩埚温度控制方法和系统， 其可帮助生产具有基本上均一直径的纤维。
在所示出的非限制性实例中，孔区域38包括中心区域40，其由 外围区域42包围。在一些实施例中，中心区域40基本上包括孔区域 38的总表面积的约25%到约85%，并且在其他实施例中，包括约50 %到约65%。中心区域40的长度和宽度可根据漏板26的尺寸改变。 外围区域42包括孔区域38的与拉丝坩埚18的侧壁44和端壁46相邻 的部分。在传统的拉丝坩埚中，与该外围区域42相邻的熔化的玻璃倾向于比与中心区域40相邻的熔化的玻璃温度更低，造成纤维断裂和不 均一的细丝直径。
现在参照图2和3，拉丝坩埚18包括至少一个基本上从漏板26 的外围27向上延伸的侧壁，以形成用于盛装熔化玻璃16的供给源或 容器37。在所显示的实施例中和在拉丝坩埚的典型实施例中，拉丝坩 埚18包括从外围27向上延伸的一对相对侧壁44和一对相对端壁46。 侧壁44和端壁46可根据需要基本上为平直或弯曲的。在图2中所示 的非限制性实施例中，每一个侧壁44和端壁46可包括靠近漏板26 的基本上平直的下部54、 56，以及上部58、 60。侧壁44的上部58、 60可相对于相应的下部54、 56以角度62倾斜。在一些非限制实施例 中，角度62可以是从约45。到约90。的范围。端壁46的上部58、 60 的拐角部59也可相对于端壁46的相应下部56以角度64倾斜。在一 些非限制性实施例中，角度64可以是从0。到约45。的范围。本发明的
施，并且本发明不限于特定的尺寸和角度。
在一些非限制性实施例中，容器37的形状可以基本上为圆柱形、 由相对侧壁44和相对端壁46形成的正方形箱或矩形箱，或可以是其 他形状。
拉丝坩埚18的部件，例如侧壁44、端壁46和漏板26，可以由金 属材料或其合金通过本领域技术人员公知的传统金属加工和处理技术 形成。金属材料可具有本领域技术人员公知的许多性能，包括但不限 于抗玻璃腐蚀，不会分解来污染玻璃，抗氧化性，具有稳定的电阻和 抗蠕变(在负载下变形，其为应力的函数)性，及其组合。参见例如 Loewenstein (前述)的第122-126页，其特此引入作为参考。
形成拉丝坩埚16的部件的合适金属材料的非限制实例包括铂、铑 及其合金。在一些实施例中，金属材料可以是约10%到约20%铑-铂 合金，并且在一些实施例中，为约10%铑-铂合金。如果需要，金属 材料可进行弥散强化或晶粒稳定化，以减小蠕变。如果期望关于合适 的弥散强化或晶粒稳定化金属材料的更详细信息，参见Loewenstein(前述)的第124页。弥散强化的金属板的非限制性实例可从Malvern， Pa.的Joh画n， Matthey & Co. Ltd购得。
拉丝坩埚可使用本领域技术人员公知的技术形成。例如，所显示 的拉丝坩埚18可通过焊接将成对的相对侧壁44和成对的相对端壁46 结合到漏板26来形成。合适的焊接技术的实例为鴒惰性气体焊接技 术，这对于本领域技术人员是公知的。合适的拉丝坩埚的非限制性实 例公开在美国专利No.5，147，431中，其在此引入作为参考。关于纤维 形成设备和拉丝坩埚的更多信息也可参见美国专利No. 5,857,253， 5,879,427， 5,935,291和6，044，666，其在此引入作为参考。Loewenstein (前述)也在第119-165页广泛地讨论了拉丝坩埚。
拉丝蚶埚可以使用本领域技术人员公知的技术可拆卸地固定到前 炉下侧，以用于纤维形成操作。关于将拉丝坩埚固定到前炉的更多信 息可在美国专利No. 5,879,427， 5,935,291和6,044,666以及在 Loewenstein (前述)第137-141页中找到。
在玻璃纤维形成过程中，拉丝蚶埚被加热以保持熔化的可纤维化 材料经过拉丝坩埚流动。拉丝坩埚通常通过经过其的电流加热。例如， 并且如上面结合图1所显示的，电引线19可连接到电能源20，并且 在导体22处连接到拉丝坩埚18，以加热拉丝坩埚18和其中盛装的熔 化玻璃16。
拉丝坩埚可具有"热，，点和"冷"点，在所述"热"点和"冷"点处，特 定位置的温度高于或低于其他位置的温度，或高于或低于整个拉丝坩 埚的平均温度。这样的温度偏差可能由于多种原因出现。例如，拉丝 坩埚可能在靠近其外围处比在其中心温度更低。
过去，从拉丝坩埚分流电流以降低拉丝坩埚的温度。当在本文中 使用时，当与电流的分流相关使用时，术语"分流"意思是将经过拉丝 坩埚的总电流的至少一部分从拉丝坩埚转移。电流可通过分流电路分 流。在一些情况下，电流在其他段处返回到拉丝坩埚，并且在其他情 况下，可不返回到拉丝坩埚。分流的电流导致电流从其转移的拉丝坩 埚段温度降低。已经开发了通过分流电流来有效监控和控制每一个拉丝坩埚温度
的拉丝坩埚平衡控制器。美国专利No.5，051，121和5，071，459中描述了 拉丝坩埚平衡控制器的实例，其在此引入作为参考。
本发明的一些实施例涉及形成玻璃纤维的拉丝坩埚，其可具有改 进的温度分布均一性。在一些实施例中，这样的形成玻璃纤维的拉丝 坩埚适于便于使用电流增加和/或电流分流来控制拉丝坩埚的温度。
图4是根据本发明一个实施例的形成玻璃纤维的拉丝坩埚100实 例的示意性底视图。拉丝坩埚100包括漏板110外围上的相对端壁 102、 104和相对侧壁106、 108。漏板可包括多个孔(图4中未显示)， 通过所述孔熔化的玻璃可拉制成单独的纤维或细丝。相对侧壁106、 108和相对端壁102、 104连接以形成容器。当拉丝坩埚100安装在前 炉或其他熔化玻璃源下面时，图4中所示的漏板110的部分面向下， 并且端壁102、 104和侧壁106、 108向上延伸来形成用于熔化玻璃的 容器。
拉丝蚶埚IOO还包括多个连接到拉丝坩埚IOO各壁的接线端。所 述接线端为电连接器，当与电线连接时，可允许向拉丝坩埚IOO增加 电流和/或从拉丝坩埚IOO移除电流。在图4中所示的非限制性实施例 中，接线端112连接到第一端壁102,接线端114连接到第二端壁104， 接线端116连接到第一侧壁106，并且两个接线端118、 120连接到第 二侧壁108。所示的每一个接线端具有从其延伸的电线的一部分。电 线可连接到允许向拉丝坩埚100增加电流和/或从拉丝坩埚100移除电 流的不同装置。
为了说明其他实施例，拉丝坩埚上连接接线端的每一个通常位置 可称为接线端位置。在一些实施例中， 一个或多个接线端可连接到接 线端位置。例如，在一些实施例中，两个接线端可在一个接线端位置 连接到拉丝蚶埚。在两个接线端连接到接线端位置的一些实施例中， 第一接线端可连接到电线，以允许向拉丝坩埚增加电流，第二接线端 可连接到电线，以允许从拉丝坩埚移除电流。在一些实施例中，单个 接线端可既连接到允许向拉丝坩埚增加电流的电线又连接到允许从拉丝坩埚移除电流的电线。
在一些实施例中，拉丝坩埚可包括在第一侧壁上的一个和多个接 线端位置，和在第二侧壁上的一个和多个接线端位置。在一些实施例 中，每一个接线端位置可包括至少两个连接到拉丝坩埚的接线端。在 至少两个接线端在一个接线端位置处连接到拉丝坩埚的一些实施例 中，第一接线端可与电线连接来允许向拉丝坩埚增加电流，并且第二 接线端可与电线连接来允许从拉丝坩埚移除电流。在这样的实施例中， 电流可在每一个接线端位置处增加到拉丝坩埚或从拉丝坩埚移除。在 其他实施例中，每一个接线位置可包括连接到拉丝坩埚的一个接线端。 在这样的实施例中，接线端可与电线连接来允许从拉丝坩埚移除电流， 可与电线连接来允许向拉丝坩埚增加电流，或可与第一电线连接来允 许从拉丝蚶埚移除电流并与第二电线连接来允许向拉丝坩埚增加电 流。
根据本发明拉丝坩埚的一些实施例，每一个侧壁(两个尺寸中的 较长尺寸)上的一个或多个接线端位置的存在可在整个拉丝坩埚上提 供改进的温度均一性。例如，当电流在接线端处从拉丝坩埚分流时， 拉丝坩埚的靠近所述接线端的区域倾向于比拉丝坩埚的其他部分温度 更低。通过在每一个侧壁上设置接线端位置，这样的冷却影响在整个 蚶埚上分布得更均匀，这可实现改进的温度控制。
虽然图4和图5 (下面讨论)中显示的拉丝坩埚的实施例为在第 一侧壁上具有一个接线端位置，并且在第二侧壁上具有两个接线端位 置的四段拉丝坩埚，但是本发明的其他实施例可在每一个侧壁上包括 不同数量的接线端位置。例如，在另一个实施例中，第一侧壁可包括 三个接线端位置，第二侧壁可包括两个接线端位置。作为另一个实例， 拉丝蚶埚可在每一个侧壁上包括五个接线端位置。几个因素可能对选 择拉丝坩埚每一个侧壁上的接线端位置数量很重要，所述几个因素包 括但不限于热分布、拉丝坩埚尺寸、拉丝坩埚几何形状、嘴分布模式、 温度分布控制、每一个接线端的位置、接线端数量的经济成本、导体 的尺寸、考虑到整个玻璃纤维形成系统的导线布置等。在图4和5中所示的拉丝坩埚的实施例中，接线端位置通常沿拉 丝坩埚的侧壁均匀间隔(各接线端位置设置在侧壁长度的1/4、 1/2和 3/4处)，以与拉丝坩埚段的边界重合。在其他实施例中，接线端位置 不是均匀间隔。在一些实施例中，接线端位置可在第一侧壁上均匀间 隔，但是在第二侧壁上不是均匀间隔。
在拉丝坩埚的一些实施例中，接线端可具有使传导性最大化、同 时还使对流过整个拉丝坩埚的电流影响最小化的直径。适当直径的接 线端可通过防止过高的电流对拉丝坩埚进行加热而有助于最小化作为 吸热源的可能影响。在一些实施例中，接线端直径可在约0.090英寸 和约0.250英寸之间。在一些实施例中，接线端尺寸约为0.180英寸。
在一些实施例中，拉丝坩埚也可包括在第一端壁上的一个或多个 接线端位置，和在第二端壁上的一个或多个接线端位置，每一个接线 端位置包括至少两个连接到拉丝坩埚的接线端。在至少两个接线端在 一个接线端位置连接到拉丝坩埚的一些实施例中，第一接线端可与电 线连接来允许向拉丝坩埚增加电流，并且第二接线端可通过电线连接 来允许从拉丝坩埚移除电流。在这样的实施例中，电流可在每一个接 线端位置增加到拉丝坩埚和/或从拉丝坩埚移除。在一些实施例中，端 壁上可仅存在一个接线端。例如，在一些非限制性实施例中，第二端 壁104(假设电流通常从第一端壁102流到第二端壁104)可仅包括一 个接线端，这样的接线端与电线连接来允许从拉丝坩埚移除电流。在 一些实施例中，单个接线端可设置在端壁上，其连接到两根电线，一 根允许增加电流， 一根允许移除电流。
关于第一端壁102上的接线端位置(假设电流通常从第一端壁102 流到第二端壁104)，在一些实施例中可存在连接到拉丝坩埚以向拉丝 蚶埚增加电流的单个接线端。在一些实施例中，第二接线端可设置在 接线端位置处，以减小增加到拉丝坩埚的电流量。例如，如果电流源 提供150安培的电流，但是仅需要100安培来加热拉丝坩埚，则50 安培可使用连接到第二接线端的电线从拉丝坩埚转移。通过第一接线 端提供到拉丝坩埚的电流可使用与将第二接线端在接线端位置处连接到拉丝坩埚不同的其他技术来减小。
图5是方块图，示出根据本发明一个实施例具有多个段的形成玻 璃纤维的拉丝坩埚的温度控制系统的实例。本发明的系统的实施例包 括电流源。电流源还具有与其相关联的电压。在一些实施例中，供给 拉丝坩埚的电流和电压可能需要从电源提供的电流和电压来调节。例 如，在工业设置中，从主电源提供的电压可能需要减小。作为另一个 实例，需要提供给拉丝坩埚足够的电流来将拉丝坩埚加热到期望用于 纤维化玻璃组分的温度。可能对来自主电源的电压和电流进行调节的 方法对本发明不重要，本领域的技术人员可使用已知的技术来调节从 主电源接收的电流和电压，以将适当的电流和电压提供到拉丝坩埚。
在图5所示的实施例中，使用电源组150和变压器160。在该非 限制性实施例中，电源组150调节来自主电源155的电压。例如，主 电源155可向电源组150提供480V的三相交流电，并且被转换为 0-125A/0-480V交流电。在一些实施例中，电源组150可仅使用所供 的三相电源的两根线或单相。在主电源向多个拉丝坩埚提供动力的设 置中，在一些实施例中，各电源组选择的线可改变以平衡主电源的负 载。在本发明的一些实施例中可用的电源组的非限制性实例是Spang Power Electronics Model # K-5349电源组。在替代实施例中，主电源 可提供直流电。
在一些实施例中，包括使用电源组和不使用电源组的实施例，来 自电源的电流和电压可能在将电流和电压提供到拉丝坩埚之前需要进 一步调节。例如，在一些实施例中，在将电压和电流供给拉丝坩埚之 前，电压可能需要减小(并且电流增加)。变压器可用于一些非限制性 实施例中来调节提供的电流和电压。图5中，变压器160与电源组150 一起使用以将来自主电源155的电流和电压调节到用于纤维化玻璃组 分的适当水平。例如，如果电源组提供单相0-125A/0-480V交流电， 则变压器可用于将其转换为0-6000A/0-10V交流电。这样的变压器可 称为降压(step down)变压器。作为另一个实例，在一些实施例中， 变压器可将0-125A/0-480V交流电转换为2000A/50V交流电。
22如上所述，例如电源组和变压器等设备可用于调节从主电源提供 到拉丝坩埚的电压和电流的量。在一些实施例中，不需要这样的设备， 因为提供的电压和电流可能足够。在其他实施例中，可使用其他设备 来将电流提供给拉丝坩埚。而且，应理解，本发明的实施例可开发为 使用交流电、使用直流电、将交流电转换为直流电等。在一些实施例 中也可调节供给拉丝坩埚的总电流(无论是从主电源、电源组、变压 器或其他设备供给)来改变拉丝坩埚的温度。在一些实施例中，可结 合整个拉丝坩埚上的总体温度变化来进行这样的调节。
参照图5，其中显示了供到电源组150的输入线162、 165。来自 电源组150的电引线167、 170将电流供给变压器160的初级线圏。变 压器160的次级线圏跨过电线172、 175连接。拉丝坩埚180也跨过线 172、 175连接，并且与变压器160并联。
虽然本发明不限于图5中所示的特定实施例，但是拉丝坩埚180 分为四段-A、 B、 C和D。如上所指出，虽然使用术语"段"，但是本 领域的技术人员应理解，拉丝坩埚不一定物理上分割为段，并且术语 "段"指拉丝坩埚的各区域，从所述拉丝坩埚的所述各区域聚集多根细 丝以形成经线， 一根经线与每一段相关联。本文使用的术语"经线"意 思是聚在一起的多根纤维。
在一些实施例中，接线端位置可基本上在拉丝坩埚段之间设置在 拉丝坩埚的侧壁上。如在图5中所示的非限制性实例中所示出的，在 该实施例中示出的每一段的边界基本上由起始于接线端位置处并且平 行于端壁跨过拉丝坩埚延伸的假想线限定。在图5中所示的非限制性 实施例中，玻璃纤维经线可从每一个拉丝坩埚段A-D形成。在至少一 根经线由拉丝坩埚段形成的一些实施例中，在各个段中控制拉丝坩埚 的温度的能力也可实现更好地控制所生产的玻璃纤维经线的尺寸。因 此，本发明的一些实施例涉及具有多个段的形成玻璃纤维的拉丝坩埚 的温度控制方法和系统。本发明的方法和系统的 一些实施例可基本上 在各种各样的拉丝坩埚上实施，所述拉丝坩埚包括但不限于在每一侧
壁上具有接线端位置的本发明的拉丝坩埚。本发明的实施例可引入用于调节经过每一个拉丝坩埚段的电流的 装置。这样的调节装置的一个实例为可调节电流通过装置。可调节电 流通过装置调节经过拉丝坩埚和拉丝坩埚段的电流量。术语"可调节电 流通过装置"在本文中用于指可控制提供到拉丝坩埚和/或从拉丝坩埚 移除的总电流量并且可调节提供到拉丝坩埚段和/或从拉丝坩埚段移 除的电流量的装置。在本发明的一些实施例中，可用的可调节电流通
过装置的实例为可从Wizardry Inc.购得的型号为弁Rev.lBBC的可调 节电流通过装置。其他可调节电流通过装置可根据特定的玻璃纤维制 造设备的参数选择，这些参数包括但是不限于提供到制造位置的动力、 拉丝蚶埚的尺寸、接线端位置的数量、提供给拉丝坩埚的电流量、拉 丝蚶埚的生产量及其他因素。
在图5所示的实施例中，可调节电流通过装置185跨过线172、 175连接，并且通过线187、 l卯和变压器160及拉丝坩埚180并联。 可调节电流通过装置在该实施例中与来自电源组的电流具有相同的相 位。另外，每一个单独的拉丝坩埚段通过线192a、 192b、 195a、 195b、 197a、 197b连接到可调节电流通过装置185。这些线187、 190、 192a、 192b、 195a、 195b、 197a、 197b可用于使用可调节电流通过装置185 从拉丝蚶埚180移除电流或将电流增加到拉丝坩埚180。在图5所示 的实施例中，每一对线(192a和192b; 195a和195b; 197a和197b ) 使用单个接线端连接到拉丝坩埚，但是在其他实施例中，根据电压和 电流，每一根线可使用其自己的接线端(即每一个接线端位置处有两 个接线端)连接到拉丝坩埚。
可调节电流通过装置185可控制从变压器160送到拉丝坩埚180 的电流量和通过每一个拉丝坩埚段的电流量。由于通过每一个拉丝坩 埚段的电流量影响拉丝坩埚段的温度，因此可调节电流通过装置185 可用于通过从一段分流电流和/或通过向一段增加电流来调节拉丝坩 埚段的温度。在一些非限制性实施例中，温度传感器可用于测量拉丝 蚶埚和拉丝蚶埚段的温度。
在图5所示的实施例中，可调节电流通过装置185通过调节从变压器160提供到拉丝坩埚180的电流量和通过分别调节从拉丝坩埚段 分流的电流量来控制拉丝坩埚180的每一个单独段的温度。如上所述，
埚的总电流，而与电流源(例如无论是来自变压器、电池还是本领域 技术人员公知的其他电流源)无关。
可调节电流通过装置可与控制器通讯。在一些非限制性实施例中 控制器可包括通讯可编程逻辑控制器或COMM PLC，但是根据本发 明的实施例，本领域技术人员可使用其他控制器来控制拉丝坩埚中的 电流。例如，在其他实施例中，可调节电流通过装置可与可编程逻辑 控制器或PLC或传统的计算机系统通讯。示例性的COMM PLC可包 括处理来自测量装置、拉丝坩埚平衡控制器和其他装置的通讯的装置。 COMM PLC可处理来自一个测量装置和一个拉丝坩埚平衡控制器的 输入，或可处理来自多个测量装置和拉丝坩埚平衡控制器的输入。在 一个实施例中，COMM PLC可用于整个库或车间。COMM PLC可 与包括执行本发明各实施例的软件或程序的计算机系统保持电子通 讯。例如，与拉丝坩埚中电流控制相关的指令可以Visual Basic编程 语言编写，并且根据由计算机系统接收的数据在计算机系统上执行。
系统中使用的特定的硬件、固件和/或软件不需要是特定类型，而是可 以是任何设计用于执行本发明方法或功能的此类传统上可用的类型。 COMMPLC也可连接到例如显示器和键盘、鼠标、触摸屏等输入/输 出装置。
虽然上面在一些实施例中描述了作为COMMPLC的控制器，但 是在其他实施例中，控制器可以是本领域技术人员公知的用于提供与 电流控制相关指令的其他装置。另 一个这样装置的实例是计算机系统。 计算机系统可包括与数据存储装置电子通讯的中央处理单元(CPU), 数据存储装置例如为用于存储数据的硬盘驱动器、光盘等。CPU还可 与一个或多个存储CPU程序指令的只读存储器(ROM )、用于暂时数 据存储的随机存取存储器(RAM)和用于给CPU提供时间信号的时 钟电子通讯。输入/输出装置可连接到CPU,并且可以是任何传统类型，例如显示器和键盘、鼠标、触摸屏、打印机、声控装置等。计算 机系统可运行适当的用户定制设计或传统软件，以执行本发明的各实
施例。例如，与拉丝坩埚中的电流控制相关的指令可以Visual Basic 编程语言书写，并且根据由计算机系统接收的数据在计算机系统上执 行。在该系统中使用的特定的硬件、固件和/或软件不需要是特定类型， 而是可以是任何设计用于执行本发明方法或功能的此类传统上可用的 类型。所描述的计算机系统是用于实现本发明的一种适当的计算机系 统的一个实例。本领域的技术人员很容易理解这样的计算机系统，并 且例如在美国专利No. S，794，207; 5,884,272; 5,797,127; 5,504,674; 5,862,223;和5,432,904中公开了实例，这些专利在此引入作为参考。
另一个这种装置的实例为可编程逻辑控制器或PLC。在一些实施 例中，计算机系统和可编程逻辑控制器都可用于控制电流。计算机系 统和可编程逻辑控制器可具有不同的优点，它们在本发明的一些实施 例中可有利地结合。因此，在一些实施例中，控制器可包括计算机系 统、可编程逻辑控制器或计算机系统和可编程逻辑控制器两者。
控制器可将与提供到各拉丝坩埚段或从各拉丝坩埚段分流的电流 量相关的指令发送到可调节电流通过装置。在一些实施例中，控制器 可接收来自可调节电流通过装置的数据。例如，控制器可接收与提供
到拉丝坩埚段或从拉丝坩埚段分流的电流量相关的数据。因此，控制 器可与可调节电流通过装置通讯。
在图5所示的实施例中，控制器显示为COMM PLC 215。在所 示的一些实施例中，电线202、 204连接COMMPLC215和可调节电 流通过装置185。在所示的实施例中，所示的两根电线202、 204用来 显示信息正在从COMM PLC 215提供给可调节电流通过装置185, 反之亦然。图5中所示的COMM PLC 215在该示例性实施例中与测 量装置210通过线212通讯，并且通过线213与计算机通讯。
在该实施例中，PLC 205不包括控制器的一部分。在该实施例中， PLC 205与特定的形成位置相关联，所述形成位置包括例如拉丝坩埚、 巻绕器和其他用于将熔化玻璃转化为玻璃纤维产品的装置。PLC 205可将指令从各源(例如操作人员、控制器200、其他控制器等)传送 到位于形成位置处的各设备，以调节各工艺参数。例如，关于拉丝坩 埚，PLC 205可传送通过线172供给拉丝坩埚180的总电流量的变化。 在所显示的实施例中，PLC 205与电源组150通过线209通讯，并且 可传送来自计算机200的指令，以增加或减小提供给拉丝坩埚180的 电流量。在一些实施例中，PLC 205可控制主设置点温度。
图5中所示的COMM PLC 215可与其他形成位置和拉丝坩埚(未 显示)通讯。在一些实施例中，每一个拉丝坩埚可包括与图5中所示 相同的部件，除了在一些实施例中每一个拉丝坩埚可共用共同的控制 器之外。
在一些实施例中，如果例如拉丝坩埚的总体温度太低，COMM PLC215可通过计算机200使用PLC 205增加由电源组150供给的总 电流量(同样，如果需要，COMMPLC215也可减小总电流量)。虽 然图5中所示的电线连接COMM PLC 215和可调节电流通过装置 185、测量装置210及计算机200，但是其他的通讯装置(例如无线) 也可用于其他非限制性实施例中。
在本发明的一些实施例中使用的控制器也可与其他部件通讯。例 如，在一些实施例中，响应于控制器从其他部件接收的数据，控制器 调节通过拉丝坩埚段的电流量。控制器可根据拉丝坩埚的测得温度来 调节经过拉丝坩埚段的电流量。
在一些实施例中，控制器与用于测量从拉丝坩埚形成的玻璃纤维 的尺寸的装置通讯。测量装置可包括例如用于称量从拉丝坩埚形成的 玻璃纤维的重量的装置、用于测量从拉丝坩埚形成的至少一个玻璃纤 维经线的直径的装置、用于称量从拉丝坩埚形成的至少一个玻璃纤维 包的重量的装置和/或用于测量从拉丝蚶埚形成的至少一个玻璃纤维 包的直径的装置。在一些实施例中，测量关于玻璃纤维的尺寸的单个 参数。在其他实施例中，测量多个尺寸参数(例如，经线直径、包直 径、重量等)。
对于用于形成两根或多根玻璃纤维经线的拉丝坩埚，在一些实施例中，测量每一根玻璃纤维经线的尺寸。例如，在拉丝坩埚包括多个 各产生一根经线的拉丝坩埚段的一些实施例中，测量关于每一根经线 的尺寸数据。虽然可能期望测量每一根经线的尺寸，但是其他实施例 可测量经线总数的子集数量的经线的尺寸。测量来自每一个拉丝坩埚 段的经线的尺寸的一个优点是，这些数据可能对分析每一个拉丝坩埚 段和作为整体的拉丝坩埚的性能有用。经线的尺寸可指巻绕、切断或 其他进一步加工之前的经线的尺寸，并且也可指在经线巻绕成包的那 些实施例中经线巻绕成包之后包的尺寸。
关于从拉丝坩埚生产的玻璃纤维的尺寸的参数可指示拉丝坩埚的 温度。例如，具有高温度的拉丝坩埚段通常期望比具有更低温度的拉 丝坩埚段产生更大直径的经线、更大直径的包和更重的包。如果需要， 使用本发明各实施例的控制器和其他部件，通过测量一个或多个这些 尺寸参数，可以使用这些尺寸数据来对通过拉丝坩埚段的电流进行调 节。例如，如果来自特定拉丝坩埚段的玻璃纤维包太重，则控制器可 指示交流电通过装置将电流从该拉丝坩埚段分流电流。
可测量各种尺寸参数来确定是否调节经过拉丝坩埚或拉丝坩埚段 的电流量。如上面所指出，这样的参数可包括例如经线重量、经线直 径、从经线巻绕的包的重量、从经线巻绕的包的直径和其他参数。通 常，较大的经线直径、较大的经线重量、较大的包直径和较大的包重 量可表示较高的拉丝坩埚温度。因此，如果期望减小经线尺寸或包尺 寸，则可减小拉丝坩埚或拉丝坩埚段的温度。在一些实施例中，拉丝 坩埚或拉丝蚶埚段的温度通过绕过拉丝坩埚或拉丝坩埚段分流电流来 减小。在期望通过增加拉丝坩埚或拉丝坩埚段的温度来增加经线尺寸 或包尺寸的实施例中，通过将电流增加或注入拉丝坩埚或拉丝坩埚段 来增加温度。
在确定是否调节通过拉丝坩埚或拉丝坩埚段的电流量时，本发明 的一些实施例包括将测得的经线尺寸与期望经线尺寸比较。可根据本 领域技术人员公知的技术为任意数量的玻璃纤维产品提出期望的经线 尺寸。这样的期望经线尺寸对于一些尺寸参数可能已经存在。例如，玻璃纤维的制造者可能已经为例如经线直径、包直径、包重量等参数 建立了期望尺寸。这样的期望尺寸可能基于例如所生产的玻璃纤维的
特性(例如，细丝直径、细丝的数量、玻璃类型、产品的TEX(克每 1000米)等)。还应理解，术语"期望尺寸"也可包括范围。换句话 说，经线的期望尺寸可能是范围。在一些实施例中，如果经线的测得 尺寸落入该范围内，则可能不需要调节拉丝坩埚或拉丝坩埚段温度。 在期望尺寸为特定值的一些实施例中，经线的测得尺寸可与期望尺寸 进行比较来确定是否可能需要调节拉丝坩埚或拉丝坩埚段的温度。如 下面所讨论，可为控制器开发算法来确定是否调节提供到拉丝坩埚段 的电流量。
本发明的一些实施例引入测量装置来确定经线的尺寸。这样装置 的各个实例在下面叙述，但是应理解，本领域技术人员可选择众多用 于测量这样的尺寸参数的装置来用于本发明的实施例中。
为了利于本发明特定实施例的自动化，在一些实施例中选择能够 与控制器通讯的测量装置。在一些实施例中，测量装置可与控制器电 子通讯(例如，通过缆线、通过互联网、通过无线网络等直接连接)。 例如，测量装置能够将其测量数据传送到控制器可利于自动化。这样 的数据传送可提供给控制器实时信息，并且可帮助控制器确定是否调 节提供到拉丝坩埚或拉丝坩埚段的电流。 一些测量装置可能没有制造 成能够与控制器通讯，但是可适于使用本领域技术人员公知的技术来 与控制器通讯。在图5所示的实施例中，测量装置210与COMMPLC 215电子通讯。在该实施例中，测量装置和控制器通过缆线212或电 线通讯。
在测量装置不能将数据电子传送到控制器的一些实施例中，可使 用操作人员来将测量数据提供到控制器。例如，操作人员可获得经线 的测量结果并记录该测量结果。然后可将记录的测量结果以本领域技 术人员公知的任意方式提供到控制器，包括但不限于手动输入控制器、 将数据保存到计算机可读介质并且将数据载入控制器等。
可根据待测经线特性选择一些测量装置来用于本发明的各实施例中。如上面所指出，虽然一些实施例可测量一种特性，但是一些实施 例可包括测量多种特性。在各种实施例中，测量数据可直接电子或自 动传送到控制器，和/或手动输入到控制器中。在一些实施例中，可以 按周期间隔进行测量，例如每四小时。
在测量包的直径的实施例中，可使用激光传感器来测量直径。这
样的装置的非限制性实例可从WayCon Positionsmesstechnik GmbH 购得。在这样的实施例中，用于巻绕包的时间量可能很重要，因为巻 绕时间越长，巻绕得到的包的直径将增加。直径测量结果与巻绕时间 结合可与拉丝坩埚的温度相关，因为如果拉丝坩埚的温度更高(通过 拉丝坩埚的玻璃生产量更大)，则在一定时期内巻绕的包的直径将更 大。因此，在一些实施例中，用于测量包的直径的装置可进一步包括 用于测量巻绕时间的装置。巻绕时间可使用本领域技术人员公知的技 术测量。在测量巻绕时间的一些实施例中，巻绕时间也可被传送到控 制器，并且也可由控制器使用来确定是否调节通过拉丝坩埚或拉丝坩 埚段的电流。
在测量包的重量的实施例中，可使用测压元件来称量包的重量。 可用于本发明 一 些实施例中的测压元件的非限制性实例为来自 Revere Transducers的型号9363-B10-500-20TI。在一些实施例中，巻 绕包所用的时间量可能很重要，因为巻绕时间越长，巻绕得到的包的 重量将增加。重量测量结果与巻绕时间结合可与拉丝坩埚的温度相关， 因为如果拉丝坩埚的温度更高(通过拉丝坩埚的玻璃生产量更大)，在 一定时间周期内巻绕的包的重量将更大。因此，在一些实施例中，用 于测量包重量的装置可还包括用于测量巻绕时间的装置。巻绕时间可 使用本领域普通技术人员公知的技术测量。在测量巻绕时间的 一些实 施例中，巻绕时间也可被传送到控制器，并且也可由控制器使用来确 定是否调节通过拉丝坩埚或拉丝坩埚段的电流。
在测量经线的直径或经线内的细丝的直径的实施例中，例如光学 非接触装置等装置可用于测量细丝的直径。测量经线的直径可能在经 线没有巻绕为包的一些实施例中有用，但是在大多数实施例中，无论是否巻绕为包，基本上都可测量直径。这样的装置的非限制性实例可
从Keyence公司购得。直径测量结果可能与拉丝坩埚的温度相关，因 为如果拉丝坩埚的温度更高(通过拉丝坩埚的玻璃生产量更大)，则经 线的直径将更大。
在测量经线的重量的实施例中，可根据称量经线重量的时间来使 用各种装置。经线重量测量可能在经线没有巻绕为包的实施例中有用， 但是在经线巻绕为包的实施例中，经线重量也可在巻绕之前测量。在 一些实施例中，可获得经线样本并称量经线样本的重量。在这样的实 施例中，也可测量收集样本的时间量。例如，经线样本可在三十秒内 收集，然后称重。在一些实施例中，经线样本可每小时称重，或以其 他周期称重。在涉及经线样本收集的一些实施例中，经线可被切断(例 如切断的原丝产品)，并且可称量切断的原丝的重量。例如，可使用天 平称量经线重量。这样的装置的非限制性实例可从A&D公司购得。 该重量可电子地并且自动地传送到控制器和/或手动输入到控制器。重 量测量结果可与拉丝坩埚的温度相关，因为如果拉丝坩埚的温度越高 (通过拉丝蚶埚的玻璃生产量越大)，则经线的重量将越大。
在一些实施例中，收集经线样本的时间量可能很重要，因为样本 收集时间越长，经线的重量将增加。重量测量结果与收集时间结合可 与拉丝坩埚的温度相关，因为如果拉丝坩埚的温度越高(通过拉丝坩 埚的玻璃生产量越大)，则在一定时间周期内的经线样本的重量越大。 因此，在一些实施例中，用于测量经线重量的装置可还包括用于测量 收集时间的装置。收集时间可使用本领域那些普通技术人员公知的技 术测量。在测量收集时间的一些实施例中，收集时间也可被传送到控 制器，并且也可由控制器使用来确定是否调节通过拉丝坩埚或拉丝坩 埚段的电流。
在测量经线重量的一些实施例中，也可测量称重的经线的长度。 重量测量结果与长度测量结果结合可与拉丝坩埚的温度相关，因为如 果拉丝蚶埚的温度越高(通过拉丝坩埚的玻璃生产量越大)，则具有一 定长度的经线样本将越大。因此，在一些实施例中，用于测量经线重量的装置可还包括用于测量称重经线的长度的装置。上面列出的还测
量经线长度的装置的实例可包括Skein巻筒(Skein reels )。在一些实 施例中，经线长度也可传送到控制器，并且也可由控制器使用来确定 是否调节通过拉丝坩埚或拉丝坩埚段的电流。
如上所述，根据本发明的实施例，许多装置可用于测量经线的尺 寸。在本发明的各实施例中，可测量一种或多种尺寸特性(例如，直 径、重量、长度、测量/收集时间)。在一些实施例中，可测量一种尺 寸特性，而在其他实施例中，可测量两种或多种尺寸特性。许多因素 可能对选择待测量的尺寸特性的数量很重要，包括但不限于测量设备 的成本、分析收集数据所需的计算机和其他电子资源、收集测量数据 所需的劳动量、具有与使经线尺寸与拉丝坩埚或拉丝坩埚段的温度关 联的多个尺寸特性相关的数据的有用性和其他因素。
在一些实施例中，经线尺寸的测量可包括多次测量经线尺寸来收 集多个数据。数据收集可用于建立更有统计学意义的测量结果，以确 定趋势来允许对经线尺寸数据等进行实时观察。在收集关于经线尺寸 特性的多个数据的一些实施例中，在将数据(或数据的总结)传送到 控制器之前测量装置可能编辑和处理该数据(例如将数据求平均)。在 其他实施例中，当测量尺寸特性时，可将原始数据传送到控制器。在 一些实施例中， 一旦控制器接收到数据(或数据的总结)，控制器可分 析该数据。控制器可将测得的经线尺寸与期望的经线尺寸比较，并且 确定是否响应于经线尺寸比较结果来调节通过拉丝坩埚段的电流量。
在各非限制性实施例中，控制器可以是比例控制器、积分控制器、 微分控制器、比例-积分-微分(PID)控制器或其他类型控制器。在一 些实施例中，可建立算法来用于使控制器确定是否调节提供到拉丝坩 埚段的电流量。在一些非限制性实施例中，控制器可包括使用算法编 程的计算机系统。在其他非限制性实施例中，控制器可包括使用算法 编程的可编程逻辑控制器。在其他非限制性实施例中，控制器可包括 与通过算法编程的可编程逻辑控制器通讯的计算机系统。
算法可以是用于分析测得的经线尺寸并且确定是否调节提供到拉丝坩埚段的电流量的各种算法。本领域普通技术人员可开发用于使测
坩埚段电流的算法。算法中使用的参数和常数相对于使用的制造工艺、 正在制造的产品和制造工艺位置基本上是唯一的。可为在特定制造位 置处的每一个制造产品开发不同的算法。在开发算法时可能很重要的
因素包括但不限于正在制造的产品、产品的典型断裂水平(break level)、拉丝坩埚尺寸、拉丝坩埚中嘴的数量、细丝直径、产品的码数、 从拉丝坩埚巻绕的包数、用户要求(例如，产品的均一性要求)、正在 测量的一个或多个尺寸参数、在制造过程中进行的测量数量及其他因 素。
算法可在控制器、计算机(例如图5中显示的计算机200)或服 务器上编程。在一些非限制性实施例中，当使用该算法编程时，根据 反馈和工艺可变性，计算机系统可用作PID控制系统。该控制系统也 可将预期的设定点值与反馈值比较，并且相应地进行调节。
如上所指出，可开发各种算法来用于本发明的各实施例中。当测 量不同尺寸特性时，可能需要不同的算法。本领域的普通技术人员可 开发在各种制造工艺和系统中使测量的一种或多种尺寸特性与提供到 拉丝坩埚或从拉丝坩埚分流的电流量相关联的算法。
可通过本发明实施例展示的期望特征可包括但是不限于提供形成 玻璃纤维的拉丝坩埚、提供具有多个段的拉丝坩埚温度控制方法和系 统、提供可在拉丝坩埚漏板处改进温度均一性的方法和系统、提供可 在拉丝坩埚漏板处改进熔化的可纤维化材料的流动速度均一性的方法 和系统、提供可改进从拉丝坩埚生产的纤维的直径均一性的方法和系 统、提供可减小在拉丝过程中纤维断裂量的方法和系统、提供可提高 玻璃纤维制造工艺效率的方法和系统、提供提高玻璃纤维产品均一性 的方法和系统及其他。
以上描述了实现本发明的多种目的的本发明的不同实施例。应意 识到，这些实施例仅为本发明原理的示例。许多改进及改变对于本领 域技术人员来说显而易见，而不会偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种控制具有多个段的拉丝坩埚的温度的方法，包括从包括至少两个段的拉丝坩埚形成多根细丝；将所述细丝聚集成至少两根经线；测量所述至少两根经线中每一个的尺寸；将所述至少两根经线的测得尺寸与期望经线尺寸比较；和响应于经线尺寸的比较结果，调节通过所述至少两个拉丝坩埚段的电流量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中每一根经线从分离的拉丝坩 埚段形成。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述拉丝坩埚包括两个或多 个接线端，所述接线端的至少两个连接到所述拉丝坩埚的相对侧壁。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中测量所述至少两 根经线中每一个的尺寸包括测量每一根经线的直径。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中将所述至少两根经线的测得 尺寸与期望经线尺寸比较包括将每一根经线的直径与期望经线直径比 较。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中调节电流量包括在从拉丝坩 埚段形成的经线的直径小于期望经线直径时，增加通过拉丝坩埚段的 电流量。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中增加通过拉丝坩埚段的电流 量包括在靠近所述拉丝坩埚段的接线端中注入电流。
8. 根据权利要求5所述的方法，其中在从拉丝坩埚段形成的经线 直径小于期望经线直径时，调节电流量包括绕过所述拉丝坩埚段分流 更少的电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中绕过所述拉丝坩埚段分流更 少的电流包括在靠近所述拉丝坩埚段的接线端处减小从所述拉丝坩埚 移除的电流。
10. 根据权利要求5所述的方法，其中在从所述拉丝坩埚段形成 的经线的直径大于期望经线直径时，调节电流量包括绕过所述拉丝坩 埚段分流电流。
11. 根据权利要求1-3中任一项所述的方法，还包括将每一根经 线巻绕为分离的包。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中测量所述至少两根经线中 每一个的尺寸包括称量每一个包的重量。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中将所述至少两根经线的测 得尺寸与期望经线尺寸比较包括将每一个包的重量与期望包重量比较。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中在从所述拉丝坩埚段形成 的包的重量小于期望包重量时，调节电流量包括增加通过拉丝坩埚段 的电流量。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中增加经过拉丝坩埚段的电 流量包括在靠近所述拉丝坩埚段的接线端中增加电流。
16. 根据权利要求13所述的方法，其中当从所述拉丝坩埚段形成 的所述包的重量小于期望包重量时，调节电流量包括绕过所述拉丝坩 埚段分流更少的电流。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中绕过所述拉丝坩埚段分流 更少的电流包括在靠近所述拉丝坩埚段的接线端处减小从所述拉丝坩 埚移除的电流。
18. 根据权利要求13所述的方法，其中在从所述拉丝坩埚段形成 的包重量大于期望包重量时，调节电流量包括绕过所述拉丝坩埚段分 流电流。
19. 根据权利要求11所述的方法，其中测量所述至少两根经线中 每一个的尺寸包括测量每一个包的直径。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中将所述至少两根经线的测 得尺寸与期望经线尺寸比较包括将每一个包的直径与期望包直径比 较。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中在从所述拉丝坩埚段形成 的所述包的直径小于期望包直径时，调节电流量包括增加通过拉丝蚶 埚段的电流量。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中增加通过拉丝坩埚段的电 流量包括在靠近所述拉丝坩埚段的接线端中注入电流。
23. 根据权利要求20所述的方法，其中在从所述拉丝坩埚段形成 的包的直径小于期望包直径时，调节电流量包括绕过所述拉丝坩埚段 分流更少的电流。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中绕过所述拉丝坩埚段分流 更少的电流包括在靠近所述拉丝坩埚段的接线端处减小从所述拉丝坩 埚移除的电流。
25. 根据权利要求20所述的方法，其中在从所述拉丝坩埚段形成 的所述包直径大于期望包直径时，调节电流量包括绕过所述拉丝坩埚 段分流电流。
26. —种控制具有多个段的形成玻璃纤维的拉丝坩埚的温度的系 统，包括(a) 形成玻璃纤维的拉丝坩埚，包括漏板，包括适于使玻璃通过以形成细丝的孔； 两个相对侧壁，从所述漏板外围向上延伸；和 两个相对端壁，从所述漏板外围向上延伸，并且连接到所述 两个侧壁以形成用于熔化玻璃的容器；(b) 电流源，连接到所述第一端壁上的接线端，并且连接到所述 第二端壁上的接线端；(c) 用于调节通过每一个拉丝坩埚段的电流的装置，所述调节装 置连接到所述第一侧壁上的接线端；(d) 用于测量从所述拉丝坩埚形成的玻璃纤维的尺寸的装置；和(e) 控制器，与所述测量装置和所述调节装置通讯。
27. 根据权利要求26所述的系统，还包括在所述第二侧壁上的接 线端，其中，所述调节装置连接到所述第二側壁上的接线端。
28. 根据权利要求26所述的系统，其中所述调节装置连接到所述 第一端壁上的接线端，并且连接到所述第二端壁上的接线端。
29. 根据权利要求28所述的系统，还包括在所述第二侧壁上的接 线端，其中，所述调节装置连接到所述第二侧壁上的接线端。
30. 根据权利要求26-28中任一项所述的系统，其中所述调节装 置包括可调节电流通过装置。
31. 根据权利要求26-28中任一项所述的系统，其中所述测量装 置包括用于称量从所述拉丝坩埚形成的玻璃纤维的重量的装置。
32. 根据权利要求26-28中任一项所述的系统，其中所述测量装 置包括用于测量从所述拉丝坩埚形成的至少一根玻璃纤维经线的直径 的装置。
33. 根据权利要求26-28中任一项所述的系统，其中所述测量装 置包括用于测量每一个包的直径的装置。
34. 根据权利要求26-28中任一项所述的系统，其中从所述拉丝 坩埚形成的玻璃纤维包括至少两个玻璃纤维包，并且其中所述测量装 置包括用于测量所述至少两个玻璃纤维包的直径的装置。
35. —种形成玻璃纤维的拉丝坩埚，包括 漏板，包括适于使玻璃通过以形成细丝的孔； 两个相对侧壁，从所述漏板外围向上延伸；两个相对端壁，从所述漏板外围向上延伸，并且连接到所述两个 侧壁以形成用于熔化玻璃的容器； 连接到第一侧壁的接线端； 连接到第二侧壁的接线端； 连接到第一端壁的接线端；和 连接到第二端壁的接线端。
36. 根据权利要求35所述的形成玻璃纤维的拉丝坩埚，还包括连 接到所述第一侧壁的第二接线端。
37. 根据权利要求36所述的形成玻璃纤维的拉丝坩埚，还包括连 接到所述笫一侧壁的第三接线端。
38.根据权利要求35-37中任一项所述的形成玻璃纤维的拉丝坩 埚，还包括连接到所述第二侧壁的第二接线端。
全文摘要
本发明的各实施例涉及形成玻璃纤维的拉丝坩埚、具有多个段的拉丝坩埚温度控制方法、具有多个段的拉丝坩埚温度控制系统和其他方法和系统。在一个实施例中，具有多个段的拉丝坩埚(18)温度控制方法包括从包括至少两段的拉丝坩埚形成多根细丝(12)；将所述细丝聚集成至少两根经线；测量所述至少两根经线中每一个的尺寸；将所述至少两根经线的测得尺寸与期望的经线尺寸比较；响应于所述经线尺寸比较结果，调节通过所述至少两个拉丝坩埚段的电流量。
文档编号G05D5/03GK101300536SQ200680040659
公开日2008年11月5日 申请日期2006年10月31日 优先权日2005年10月31日
发明者J·C·彼得斯, M·P·德朗, T·S·麦卡比, 朴 顾 申请人:Ppg工业俄亥俄公司