In der Glasfaserindustrie liegt der Schwerpunkt der Hersteller auf Präzision und Wiederholbarkeit. Es ist etwas analog zum Bogenschießen, wo Genauigkeit bedeutet, das Bullseye zu treffen. Wenn Sie jedes Mal den gleichen Punkt auf dem Ziel treffen können, ist das Präzision. Wiederholbarkeit ist in der Lage, jedes Mal die gleiche Präzision zu demonstrieren, wenn Sie zur Linie gehen und schießen. Werfen wir einen Blick darauf, wie optische Fasern hergestellt werden und wo Alicat ins Bild passt.
Wie optische Fasern hergestellt werden
Der Herstellungsprozess für Glasfaser beginnt mit der Herstellung einer Vorform, bei der Schichten aus sehr reinem Glas auf einer Stange aufgebaut werden. Verschiedene Arten von Gasen in sehr spezifischen Mengen werden verwendet, um bei jedem Durchgang eine neue Glasschicht abzuscheiden, und jede Schicht, die auf der Basis aufgebracht wird, verleiht der Endfaser eine andere Eigenschaft. Eine Flamme verwendet Brenngase, die von einem Massendurchflussregler betrieben werden, um eine bestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass der Prozess optimal abläuft. Abhängig von der Größe des Vorformlings erfolgt der Schichtprozess manchmal über viele Stunden.
Nachdem der Vorformling erstellt wurde, wird er in einen Ziehturm gelegt. Wenn ein Ende des Vorformlings erhitzt wird, werden inerte Gase verwendet, um das Heizelement während des Prozesses am Verbrennen zu hindern. Wenn der erste Tropfen von dem geschmolzenen Ende fällt, wird eine dünne Faser erzeugt und kühlt dann in einem Kühlrohr ab, das mit Stickstoff gefüllt ist, während es durch den Turm absinkt.
Die Dicke wird gemessen, die Qualität wird überprüft, und abhängig von der Endanwendung des Produkts kann ein Beschichtungsverfahren eine sehr dünne Polymer- oder Acrylschicht auf der Außenseite des Glases aufbringen. Diese Beschichtung schützt das reine Glas vor Umwelteinflüssen und bewahrt die wichtigen Eigenschaften in der Glasfaser selbst. Die Drucksteuerung reguliert den Fluss dieses flüssigen Polymers. In einem extrusionsartigen Prozess beschichtet es die Faser. Der Fließdruck erfordert eine äußerst präzise und wiederholbare Kontrolle, um eine gleichmäßige Beschichtung des Produkts zu gewährleisten. Selbst eine winzige Druckschwankung kann zu Abweichungen der Gesamtdicke von Mikron führen, was die Gesamtleistung der Faser dramatisch beeinflussen könnte. Während der UV- oder thermischen Härtung wird das Material in einer inerten Atmosphäre gehalten, um den Härtungsprozess zu unterstützen. Diese Gase werden wiederum durch Massenflussregler gesteuert.
Abhängig von der Größe des Vorformlings ist es möglich, eine Faser zu verwenden, die sich zwischen mehreren tausend Fuß und mehreren hundert Metern erstreckt. Wir reden davon, etwas auf die Breite eines menschlichen Haares zu ziehen und es über Hunderte von Meilen mit 90 Fuß pro Sekunde zu spulen, während wir die Einheitlichkeit beibehalten. Aus diesem Grund ist die Anfangsphase der Herstellung des Vorformlings so wichtig – um ein einheitliches Produkt herzustellen, müssen die Massenflussregler präzise und wiederholbare Kontrollen der Gase, die zur Abscheidung der verschiedenen Glasschichten verwendet werden, bieten.
Alicats Rolle in der Faseroptikherstellung
Faseroptische Unternehmen verwenden Alicat-Produkte in verschiedenen Aspekten des Vorform- und Ziehprozesses. Während der Herstellung des Vorformlings können wir für die Brennersteuerungsanwendung verwendet werden, die die Brenngase steuert, die den Vorformling erwärmen und dazu beitragen, die Abscheidung jeder dünnen Schicht zu steuern. Wir können auch die tatsächlichen Gase steuern, die verwendet werden, um das sehr reine Glas zu erzeugen, das abgeschieden wird. Und unsere Fließregler werden im Ziehprozess eingesetzt, bei dem Argon in den Ofenbereich geleitet wird, damit das Element nicht verbrennt. (Das Endergebnis hängt von der Form des Kegels ab.)
Etwa alle fünf Millisekunden durchlaufen die Signale unserer Messsensoren unseren gesamten Prozessor. Abhängig von der Art des Prozesses und den Betriebsdrücken wird der Regler eine Reaktionszeit von 50 Millisekunden oder weniger haben. (Manchmal können wir helfen, diese Zahl auf einen Zeitbereich von unter 50 Millisekunden abzustimmen.) Für jeden, der sich schwer vorstellen kann, wie schnell das ist; der durchschnittliche Mensch braucht 300 bis 400 Millisekunden (Tausendstelsekunden), um zu blinzeln. Bevor Sie überhaupt blinzeln können, haben unsere Instrumente bereits Hunderte von Messungen erhalten. Um dies zu relativieren, können die Gasbrenner und die Strömung in dem Kühlturm in einer Sekunde über 200 mal eingestellt werden. Auf diese Weise können wir Wiederholbarkeit und Genauigkeit gewährleisten, während eine Faser mit 90 Fuß pro Sekunde produziert wird.
Mehr Datensammlung bedeutet mehr Einblick in den Prozess
Spezialfasern für hochenergetische Anwendungen müssen sehr spezifische optische Eigenschaften aufweisen, die durch die Dichte und den Materialmix geprägt sind. Daher möchten Ingenieure, abhängig von dem Teil des Prozesses, so viele Parameter wie möglich sehen. Mit einem Alicat erhalten Sie nicht nur die Massendurchflussmessung, sondern auch den absoluten Druck, Volumenstrom und Temperaturinformationen, auf die Sie später zurückkommen können. Aus Sicht der Qualitätskontrolle können Sie anhand dieser Parameter ermitteln, was sich im Prozess geändert hat, und diesen Zusammenhang mit einem Lauf verknüpfen, der aufgrund eines Fehlers abgelehnt wurde.
In der Regel werden die Signale, die diese Information bereitstellen, in eine Art einer Steuerung (einer SPS) zur Interpretation eingegeben. Im Falle eines Spitzen- oder Nulldurchflusszustands würde der Alicat-Controller ein Signal an die PLC senden, die dann in der Lage wäre, die Leitung abzuschalten. Anstatt Hunderte von Fuß oder sogar Meilen von unbrauchbarem Produkt zu haben, gibt es den Herstellern die Möglichkeit, festzustellen, dass ein Problem vorliegt, es zu reparieren und den Prozess schnell wieder zu starten.
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Ausgleich für sich ändernde Umweltbedingungen
Lokale Umweltbedingungen können den Herstellungsprozess für optische Fasern drastisch beeinflussen. Leider finden wir immer noch Hersteller, die an die alte Arbeitsweise gewöhnt sind, wo sie sich nicht an veränderte Umweltbedingungen anpassen können. Zum Beispiel befindet sich ein bestimmter Hersteller in einem Gebiet, das starken Gewittern ausgesetzt ist, die Änderungen des barometrischen (atmosphärischen) Drucks verursachen und ein inkonsistentes Produkt verursachen. Bei einem Sturm in der Nachbarschaft könnten sie entscheiden, ihren 12-stündigen Prozess nicht zu beginnen, abhängig von der Tagesprognose. Alicat kann diese wechselnden atmosphärischen Bedingungen überwinden und kompensieren und dem Hersteller ermöglichen, qualitativ hochwertige Fasern – unabhängig vom Wetter – herzustellen, da wir den Durchfluss im Zusammenhang mit Druckänderungen messen.
Andere Glasformungsprozesse
Massenflussinstrumente werden neben Glasfasern in vielen anderen Glasprozessen eingesetzt. Containerhersteller setzen Massendurchflussregler ein, um den Gasfluss zu ihrem Schmelzprozess zu regeln. Es gibt auch Hersteller, die einen Massenstrom verwenden, um die Flamme zu steuern, die verwendet wird, um Fiberglas für strukturelle Komponenten herzustellen. Architekturglas ist ein weiterer großer Verbraucher von Massendurchflussreglern. Sie haben einen Ofen, der mehrere hundert Fuß lang ist und eine präzise Temperaturkontrolle erfordert, um ein beständiges Glasprodukt zu schaffen. (Dies sind typischerweise große Platten aus Glasplatten.) In jeder Zone des Ofens muss eine bestimmte Temperatur mit einer sehr genauen Kontrolle des Kraftstoffflusses eingehalten werden. Alicat Massendurchflussregler werden von Architektenglasherstellern eingesetzt, um das Glas zu beschichten, um unterschiedliche Eigenschaften im Endprodukt zu erzeugen.
In den Tagen bevor die industrielle Automatisierung verfügbar war, konnte jemand, der jahrelanges Know-how erworben hatte, die richtige Temperatur bestimmen, indem er sich nur die Farbe der Flamme ansah. Sie lernten schließlich, wie man leichte manuelle Anpassungen vornimmt, während man die Linie hinuntergeht. Was wird das Unternehmen tun, wenn diese Leute in Rente gehen? Hier kommen die digitalen Massendurchflussregler ins Spiel – die Automatisierung ermöglicht es den Mitarbeitern, sich auf die Entwicklung optimaler Prozessbedingungen und Überwachungsparameter in den Öfen zu konzentrieren. Sobald alles eingerichtet ist, ist es möglich, genau zu wissen, welche Durchflussraten benötigt werden, um die richtigen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Der Prozess ist wiederholbar und liefert nützliche Daten, die helfen können zu erkennen, warum eine Inkonsistenz im Glas aufgetreten sein könnte. Das Endergebnis ist größere Wiederholbarkeit, Effizienz und ein viel besseres Produkt.