Verfahren und Vorrichtung zum Vorspannen von Gläsern, insbesondere Trinkgläsern Method and device for tempering glasses, in particular drinking glasses
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorspannen von Gläsern, insbesondere Trinkgläsern mit einer Heizanlage, die IR-Strahler umfaßt sowie eine Vorrichtung zum Vorspannen von Gläsern, insbesondere Trinkgläsern mit IR-Strahlern sowie einer Kühleinrichtung.The invention relates to a method for tempering glasses, in particular drinking glasses with a heating system, which comprises IR radiators and a device for tempering glasses, in particular drinking glasses with IR radiators, and a cooling device.
Das zum Vorspannen von Gläsern übliche Vorgehen ist beispielsweise in Alexis G. Pincus: "Annealing and strengthening in the glass industry",The usual procedure for tempering glasses is, for example, in Alexis G. Pincus: "Annealing and strengthening in the glass industry",
Ashiee Publishing Co., Inc., Books for the glass industry division, New York 1987, S. 266 ff. beschrieben.Ashiee Publishing Co., Inc., Books for the glass industry division, New York 1987, pp. 266 ff.
Ein Verfahren zum schnellen und homogenen Erwärmen von semitransparenten und/oder transparenten Gläsern mit Hilfe vonA process for the rapid and homogeneous heating of semi-transparent and / or transparent glasses with the help of
Infrarotstrahlung ist aus der WO 00/56675 bekannt geworden. Ein gezielter Einsatz zum Vorspannen von Gläsern, insbesondere Trinkgläsern mit IR- Strahlern, ist aber in der WO 00/56675 nicht bekannt geworden.Infrared radiation has become known from WO 00/56675. A targeted use for tempering glasses, in particular drinking glasses with IR emitters, is not known in WO 00/56675.
Gemäß dem Stand der Technik werden Gläser dadurch vorgespannt, daß ein Glas an seiner Oberfläche von einem Kühlmedium überströmt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums bestimmt zum einen die Kühlrate des Glases, zum anderen den Temperaturgradienten von der Glasoberfläche in die Tiefe. Der Temperaturgradient von der Glasoberfläche in die Tiefe wiederum bestimmt die Vorspannung des Glases. Wurde einAccording to the prior art, glasses are tempered in that a cooling medium flows over their surfaces. The flow rate of the cooling medium determines the cooling rate of the glass on the one hand, and the temperature gradient from the glass surface to the other on the other. The temperature gradient from the glass surface to the depth in turn determines the tempering of the glass. Was a
Glas langsam abgekühlt, d.h. mit geringer Kühlrate, so ergab sich auch ein geringer Temperaturgradient in die Tiefe und damit eine geringe Vorspannung. Wurde ein Glas schnell abgekühlt, so ergab sich ein hoher Temperaturgradient in die Tiefe und damit eine hohe Vorspannung. Da bei Verwendung konventioneller Beheizungsverfahren (elektrisch, Gas) sowohl die Erwärmung als auch die Kühlung ausschließlich über die
Glasoberfläche stattfindet, war eine unabhängige Einstellung der Größen Kühlrate und Temperaturgradient in die Glastiefe im Stand der Technik nicht möglich.Glass cooled slowly, ie with a low cooling rate, so there was also a low temperature gradient in the depth and thus a low prestress. If a glass was cooled quickly, there was a high temperature gradient in the depth and thus a high prestress. Because when using conventional heating methods (electrical, gas), both heating and cooling are carried out exclusively via the Glass surface takes place, an independent setting of the cooling rate and temperature gradient in the glass depth was not possible in the prior art.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der der Temperaturgradient in die Glastiefe zur Einstellung der Vorspannung und die Kühlrate unabhängig voneinander eingestellt werden können.The object of the invention is to provide a method and a device with which the temperature gradient into the glass depth for setting the prestress and the cooling rate can be set independently of one another.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß beim Verfahren zum Vorspannen von Gläsern, insbesondere Trinkgläsern, die Erwärmung mittels kurzwelliger IR-Strahler erfolgt, die, wie in der WO 00/56675 offenbart, eine tiefenwirksame Erwärmung des gesamten Glasvolumens ermöglichen, während die Abkühlung mittels Luft unverändert über die Oberfläche erfolgt. Sowohl die Luftmenge als auch die Leistung der IR-According to the invention, this object is achieved in that in the method for tempering glasses, in particular drinking glasses, the heating is carried out by means of short-wave IR radiators, which, as disclosed in WO 00/56675, enable deep-effective heating of the entire glass volume while cooling by means of Air remains unchanged over the surface. Both the amount of air and the performance of the IR
Strahler werden derart gesteuert, daß ein vorbestimmter Temperaturgradient von der Oberfläche in die Tiefe des vorzuspannenden Glases eingestellt wird, unabhängig davon mit welcher Kühlrate das Glas auf eine Temperatur T3, die geringer als T2 ist, mittels einer vorbestimmten Kühlrate abgekühlt wird.Radiators are controlled in such a way that a predetermined temperature gradient is set from the surface into the depth of the glass to be tempered, irrespective of the cooling rate at which the glass is cooled to a temperature T 3 , which is lower than T 2 , by means of a predetermined cooling rate.
Besonders bevorzugt ist die Infrarot-Strahlung kurzwellige IR-Strahlung mit einer Farbtemperatur größer als 1500 K, besonders bevorzugt größer als 2000 K, ganz bevorzugt größer als 2400 K, insbesondere größer als 2700 K, insbesondere bevorzugt größer als 3000 K.The infrared radiation is particularly preferably short-wave IR radiation with a color temperature greater than 1500 K, particularly preferably greater than 2000 K, very preferably greater than 2400 K, in particular greater than 2700 K, particularly preferably greater than 3000 K.
Das Abkühlen des Glases mit einer vorbestimmten Kühlrate erfolgt bevorzugt, indem das abzukühlende Glas mit Druckluft oder Gebläseluft angeblasen wird.
Die Heizanlage mit IR-Strahlern ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform rohrförmig mit einer Vielzahl von IR-Strahlern ausgebildet. In eine derart rohrförmige Heizanlage kann beispielsweise ein vorzuspannendes Trinkglas, daß einen Kelch umfaßt, mit dem Kelch nach oben stehend eingebracht werden.The cooling of the glass at a predetermined cooling rate is preferably carried out by blowing the glass to be cooled with compressed air or blown air. In a particularly advantageous embodiment, the heating system with IR radiators is tubular with a large number of IR radiators. In a tubular heating system of this type, for example, a drinking glass to be tempered, which comprises a goblet, can be introduced with the goblet standing upwards.
Wird die Abkühlung des aufgeheizten Glases mittels Druckluft oder Gebläseluft vorgenommen, so kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Luft mittels einer Düse, die einen Teller am Düsenaustritt aufweisen kann, in den Kelch des Trinkglases eingeblasen werden.If the heated glass is cooled by means of compressed air or blown air, in a particularly advantageous embodiment the air can be blown into the cup of the drinking glass by means of a nozzle, which can have a plate at the nozzle outlet.
Vorteilhafterweise kann eine Düse mit einem Teller derart an den Kelch des Trinkglases angefahren werden, daß der Teller die Öffnung des Kelches bis auf einen Spalt von 1 mm zwischen Mundrand und Teller verschlossen hat.Advantageously, a nozzle with a plate can be moved to the cup of the drinking glass in such a way that the plate has closed the opening of the cup except for a gap of 1 mm between the rim of the mouth and the plate.
Hierdurch kann erreicht werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit in dem Spalt zwischen Mundrand und Teller sehr groß ist und eine hohe Kühlrate erzielt wird. Dies hat wiederum eine hohe Vorspannung des Mundrandes zur Folge, was zu einer wesentlich höheren Festigkeit des Glases führt und die Bruchgefahr stark vermindern kann.In this way it can be achieved that the flow velocity in the gap between the edge of the mouth and the plate is very high and a high cooling rate is achieved. This in turn results in high prestressing of the rim of the mouth, which leads to a much higher strength of the glass and can greatly reduce the risk of breakage.
Neben dem Verfahren stellt die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Vorspannen von Gläsern, insbesondere Trinkgläsern, zur Verfügung. Die Vorrichtung umfaßt einen Behälter, in den das vorzuspannende Glas eingebracht wird, IR-Strahler sowie Kühleinrichtung. Erfindungsgemäß ist die Kühleinrichtung einzeln ansteuerbar, so daß das Glas mit einer vorbestimmten Kühlrate abgekühlt werden kann. Unabhängig davon können die IR-Strahler angesteuert werden, derart, daß ein vorbestimmter Temperaturgradient unabhängig von der Kühlrate in die Glastiefe eingestellt wird, da die IR-Strahler im Gegensatz z.B. zu Gasbrennern ein Erwärmen des Glases in der Tiefe ermöglichen.
Die Vorrichtung zeichnet sich in einer vorteilhaften Ausführungsform desweiteren durch einen Behälter, vorzugsweise einen rohrförmigen Behälter mit einer Längsausdehnung, beispielsweise ein vorzugsweise wasserreiches Quarzglasrohr, in den das vorzuspannende Glas eingebracht wird, aus. Bei einer derartigen Vorrichtung können mehrere IR-Strahler nacheinander in Längsrichtung um den Behälter angeordnet sein.In addition to the method, the invention also provides a device for tempering glasses, in particular drinking glasses. The device comprises a container into which the glass to be tempered is introduced, IR emitter and cooling device. According to the invention, the cooling device can be controlled individually, so that the glass can be cooled at a predetermined cooling rate. Irrespective of this, the IR emitters can be controlled in such a way that a predetermined temperature gradient is set in the glass depth independently of the cooling rate, since in contrast to gas burners, for example, the IR emitters allow the glass to be heated in depth. In an advantageous embodiment, the device is further characterized by a container, preferably a tubular container with a longitudinal dimension, for example a preferably water-rich quartz glass tube, into which the glass to be tempered is introduced. In such a device, a plurality of IR radiators can be arranged one after the other in the longitudinal direction around the container.
Umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere IR-Strahler so können diese einzeln ansteuerbar ausgeführt sein und zwar derart, daß zusätzlich zum Temperaturgradienteπ in die Glastiefe ein vorbestimmterIf the device according to the invention comprises a plurality of IR emitters, these can be designed to be individually controllable, in such a way that, in addition to the temperature gradient, a predetermined depth into the glass
Temperaturgradient in Längsrichtung eingestellt werden kann.Temperature gradient can be set in the longitudinal direction.
Der vertikale Gradient der Temperaturverteilung kann aber nicht nur durch eine Manipulation der Strahleransteuerung beeinflußt werden, sondern auch durch die Anordnung der Strahler.The vertical gradient of the temperature distribution can be influenced not only by manipulation of the heater control, but also by the arrangement of the heater.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Behälter, der rohrförmig ausgebildet ist, aus zwei Halbschalen besteht, die zum Öffnen des rohrförmigen Behälters auseinandergezogen werden können, sodaß der rohrförmige Behälter auf einfache Art und Weise mit einem aufrecht stehendenIt is particularly preferred if the container, which is tubular, consists of two half-shells, which can be pulled apart to open the tubular container, so that the tubular container is easily upright
Trinkglas beladen werden kann.Drinking glass can be loaded.
Bevorzugt umfassen die Halbschalen Bohrungen für die Durchführung der kreisrund gebogenen IR-Strahler, die als sogenannte Omega-Strahler bezeichnet werden. Die Halbschalen selbst, die den Behälter ausbilden, stehen bevorzugt auf einem Quarzalring und werden durch einen Quarzalring abgeschlossen.The half-shells preferably comprise bores for the passage of the circularly curved IR radiators, which are referred to as so-called omega radiators. The half-shells themselves, which form the container, are preferably on a quartz ring and are closed by a quartz ring.
Die Kühleinrichtungen zum Einleiten der Luft zum Abkühlen des aufgeheizten, im Behälter befindlichen Glases mit einer vorbestimmtenThe cooling means for introducing the air to cool the heated glass in the container with a predetermined one
Kühlrate, umfassen mindestens ein Rohr, das vor dem unteren Ende
bevorzugt einen Teller aufweist. Diese Kühleinrichtung kann so in den Ofen eingefahren werden, daß der Teller nur wenig über dem Mundrand des Hohlglases steht. Wird zur Kühlung Pressluft in das Hohlglas geführt, so kann man an dieser Engstelle die Abkühlung wesentlich beschleunigen. Um eine übermäßige Erwärmung der Kühleinrichtung durch einwirkende IR- Strahlung zu verhindern, ist die Kühleinrichtung bevorzugt mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Goldbeschichtung, versehen. Das erfindungsgemäße Verfahren findet bevorzugt zum Vorspannen des Mundrandes eines Trinkglases Verwendung. Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele und der Figuren beispielhaft beschrieben werden. Es zeigen:Cooling rate, include at least one pipe that is in front of the lower end preferably has a plate. This cooling device can be moved into the oven in such a way that the plate is only slightly above the edge of the mouth of the hollow glass. If compressed air is fed into the hollow glass for cooling, cooling can be accelerated considerably at this narrow point. In order to prevent excessive heating of the cooling device by IR radiation acting on it, the cooling device is preferably provided with a coating, for example a gold coating. The method according to the invention is preferably used for prestressing the edge of the mouth of a drinking glass. The invention will be described below by way of example using the exemplary embodiments and the figures. Show it:
Fig. 1 : Die Ofengeometrie mit eingestelltem vorzuspannendem GlasFig. 1: The furnace geometry with the glass to be tempered
Fig. 2: Eine detaillierte Seitenansicht einer Ofenkonstruktion gemäß Fig. 12: A detailed side view of a furnace construction according to FIG. 1
Fig. 3: Draufsicht auf eine Ofenkonstruktion gemäß Fig. 13: top view of a furnace construction according to FIG. 1
Fig. 4: Die Temperaturverteilung eines ohne umgebendesFig. 4: The temperature distribution of one without surrounding
Quarzglasrohr aufgeheizten Trinkglases Fig. 5: Berechnete Temperaturverteilung eines zu erwärmenden Glases unter Verwendung eines wasserhaltigenQuartz glass tube heated drinking glass Fig. 5: Calculated temperature distribution of a glass to be heated using a water-containing
Quarzglasrohres, in das das zu erwärmende Trinkglas eingestellt wird. Fig. 6: Die Temperaturverteilung eines ohne umgebendesQuartz glass tube in which the drinking glass to be heated is placed. Fig. 6: The temperature distribution of one without surrounding
Quarzglasrohr aufgeheizten Trinkglases.Quartz glass tube of heated drinking glass.
In Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemäßen Heizaggregates mit IR-Strahlern gezeigt. Die Heizeinrichtung ist als ein um die Achse A-A rotationssymmetrischer Rohrofen aufgebaut. Die IR-Strahler sind mit der Bezugsziffer 3 belegt. Die IR-Strahlereinrichtungen sind als kreisrund gebogene IR-Strahler, die kurzwellige IR-Strahlung mit einerThe basic structure of the heating unit according to the invention with IR radiators is shown in FIG. The heating device is constructed as a tube furnace which is rotationally symmetrical about the axis A-A. The IR emitters are given the reference number 3. The IR emitter devices are as a circularly curved IR emitter, the short-wave IR radiation with a
Wellenlänge < 2,7 μm emittieren und ein Intensitätsmaximum bei weniger
als 1 ,93 m, insbesondere weniger als 1 ,4 μm aufweisen, ausgelegt. Kurzwellige IR-Strahlung ermöglicht das erfindungsgemäße homogene Erwärmen des Glases in die Tiefe, da der größte Teil der Strahlung durch das Glas hindurchgelassen wird und die absorbierte Energie pro Volumen an jedem Punkt des Glaskörpers nahezu gleich ist. Wird ein Glas mit einer vorbestimmten Kühlrate bspw. durch Überströmen mit Luft an der Oberfläche gekühlt, so kann das an der Oberfläche gekühlte Glas mit Hilfe der IR-Strahler im Innern geheizt werden. Somit ist es möglich, Kühlrate und Temperaturgradient in der Glastiefe, der wiederum die Vorspannung beeinflusst, unabhängig voneinander einzustellen.Emit wavelength <2.7 μm and an intensity maximum at less than 1.93 m, in particular less than 1.4 μm. Short-wave IR radiation enables homogeneous heating of the glass according to the invention, since most of the radiation is transmitted through the glass and the absorbed energy per volume is almost the same at every point of the glass body. If a glass is cooled at a predetermined cooling rate, for example by air flowing over it on the surface, the glass cooled on the surface can be heated with the aid of the IR radiators inside. It is thus possible to set the cooling rate and temperature gradient in the glass depth, which in turn influences the prestress, independently of one another.
Die IR-Strahler sind Halogen-IR-Quarzrohrstrahler. Die IR-Quarzrohrstrahler sind kreisrund gebogen und werden auch als sogenannte Omega-Strahler bezeichnet. Das Wandmaterial des Ofens 1 besteht aus Quarzal. Die Maximalleistung je Strahler beträgt gemäß dem in Ausführungsbeispiel 1 gezeigten Heizofen 5 kW je Strahler.The IR emitters are halogen IR quartz tube emitters. The IR quartz tube emitters are circularly curved and are also referred to as so-called omega emitters. The wall material of the furnace 1 consists of quartzal. The maximum output per radiator is 5 kW per radiator in accordance with the heating furnace shown in exemplary embodiment 1.
Der in den Ausführungsbeispielen gezeigte zu erwärmende Gegenstand 5 ist ein Trinkglas mit einem Kelch 7 sowie einem Stiel mit Fuß 9. In den Ofen 1 ist zusätzlich ein Quarzglasrohr 11 eingebracht. Das QuarzglasrohrThe object 5 to be heated shown in the exemplary embodiments is a drinking glass with a goblet 7 and a stem with a base 9. A quartz glass tube 11 is additionally introduced into the furnace 1. The quartz glass tube
11 ist optional und keineswegs zwingend. Das Quarzglasrohr 11 absorbiert einen Teil der Strahlung und sorgt, wie die nachfolgenden Ausführungsbeispiele anhand der Simulationsrechnungen zeigen, für eine Homogenisierung eines Temperaturgradienten der sich in Längsrichtung des Ofens, das bedeutet entlang der Rotationsachse A-A, ausbilden kann.11 is optional and not mandatory. The quartz glass tube 11 absorbs part of the radiation and, as the following exemplary embodiments show on the basis of the simulation calculations, ensures a homogenization of a temperature gradient which can develop in the longitudinal direction of the furnace, that is to say along the axis of rotation A-A.
In Figur 1 ist desweiteren eine spezielle Ausführungsform einer Kühleinrichtung umfassend ein Zuleitungsrohr 12 für die Luft, einen Luftaustritt 13 und eine tellerförmige Verbreiterung 15 gezeigt.
In Figur 2 ist die Außenwand 20 des Ofens 1 näher gezeigt. Der Rohrofen 1 besteht aus 2 Halbschalen aus Quarzal, von denen eine, nämlich die in Figur 2 gezeigte Halbschale 20, Bohrungen 22 für die Durchführung der Rohre der IR-Quarzstrahler aufweist. In Figur 3 ist eine Draufsicht auf den Ofen 1 gezeigt. Deutlich zu erkennen die beiden Halbschalen 20.1 undFIG. 1 also shows a special embodiment of a cooling device comprising a supply pipe 12 for the air, an air outlet 13 and a plate-shaped widening 15. The outer wall 20 of the furnace 1 is shown in more detail in FIG. The tube furnace 1 consists of two half-shells made of quartzal, one of which, namely the half-shell 20 shown in FIG. 2, has bores 22 for the passage of the tubes of the IR quartz radiator. FIG. 3 shows a top view of the furnace 1. The two half-shells 20.1 and
20.2, wovon die Halbschale 20.1 eine Öffnung 22 aufweist. Die Halbschalen 20.1 und 20.2 stehen auf einem Quarzalring und werden durch einen Quarzalring abgeschlossen. Der Ofen umfaßt zwei in den Figuren nicht dargestellte pneumatische Verfahreinrichtungen. Eine davon befindet sich über dem Ofen für die Bewegung der Kühleinrichtung. Die Kühleinrichtung wie in Figur 1 dargestellt besteht aus einem Rohr 12, das vor dem unteren Ende 13 einen Teller 15 aufweist. Der Teller 15 ist etwa 2 cm vom unteren Ende 13 entfernt. Diese Kühleinrichtung kann derart in den Ofen eingefahren werden, daß der Teller 15 ca. 1 mm über dem Mundrand 24 des Hohlglases 7 steht. Zur Kühlung wird Pressluft oder Gebläseluft in das20.2, of which the half-shell 20.1 has an opening 22. The half-shells 20.1 and 20.2 stand on a quartz ring and are closed by a quartz ring. The furnace comprises two pneumatic moving devices, not shown in the figures. One of them is located above the oven for moving the cooling device. The cooling device as shown in Figure 1 consists of a tube 12 which has a plate 15 in front of the lower end 13. The plate 15 is about 2 cm from the lower end 13. This cooling device can be moved into the oven in such a way that the plate 15 is about 1 mm above the edge of the mouth 24 of the hollow glass 7. For cooling, compressed air or blower air is injected into the
Hohlglas geführt, die die Abkühlung wesentlich beschleunigt und an der engsten Stelle, die sich am oberen Glasrand 24 befindet, am stärksten ist. Die Kühleinrichtung ist bevorzugt mit einer Schicht versehen, die verhindert, daß eine Erwärmung durch die einwirkende IR-Strahlung erfolgt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Kühleinrichtung vergoldet wird.Hollow glass guided, which accelerates the cooling considerably and is strongest at the narrowest point, which is located on the upper edge of the glass 24. The cooling device is preferably provided with a layer which prevents heating by the IR radiation acting on it. This can be done, for example, by gold-plating the cooling device.
Die zweite pneumatische Verfahreinrichtung ist am unteren Ende des Ofens angeordnet und bewegt den Boden aus Quarzal, auf den das zu kühlende Glas positioniert werden kann. Bevorzugt werden die Quarzstrahler 3 mit einer Strahlerkühlung versehen. Dies kann dadurch geschehen, daß in den Zwischenraum 26 von Quarzal und Strahlern durch eine gelochteThe second pneumatic moving device is located at the lower end of the furnace and moves the quartzal base on which the glass to be cooled can be positioned. The quartz radiators 3 are preferably provided with radiator cooling. This can be done by perforating the gap 26 between the quartzal and the radiators
Bodenplatte Luft geführt wird. Ist auch die Deckplatte gelocht, so kann die Luft dort wieder entweichen.Base plate air is guided. If the cover plate is also perforated, the air can escape there again.
Um zu verhindern, daß die Gold beschichtung an der oberen Kühleinrichtung verdampft, wurde eine zusätzliche Wasserkühlung an der oberen Kühleinrichtung vorgesehen. Die Durchführung der Pressluft durch
das untere Bodenteil hat desweiteren den Vorteil, daß das Kühlmedium auf den Boden, den unteren Rand und auf die Seiten des Glases geführt wird. Die Bohrungen in der Bodenplatte sind, um dies zu erreichen im Regelfall schräg angeordnet.To prevent the gold coating on the upper cooler from evaporating, additional water cooling was provided on the upper cooler. Carrying out the compressed air through the lower bottom part also has the advantage that the cooling medium is guided to the bottom, the lower edge and on the sides of the glass. To achieve this, the holes in the base plate are usually arranged at an angle.
Nachfolgend soll die Erfindung noch näher anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben werden. In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wurde eine Trinkglas in einen erfindungsgemäßen Ofen, wie in Figur 1 gezeigt, eingebracht. Um vertretbare Strahlerstandzeiten zu realisieren, wurden die Strahler nur mit einer Leistung von knapp 60 % ihrerThe invention will be described in more detail below using an exemplary embodiment. In a first embodiment of the invention, a drinking glass was introduced into an oven according to the invention, as shown in FIG. 1. In order to achieve acceptable lamp life, the lamps were only with a performance of almost 60% of their
Maximal leistung betrieben. Die Maximalleistung je Strahler betrug 5 kW je Strahler. Bei einer derartigen Wärmezufuhr hat bereits nach 10 Sekunden der Kelchrand 24 die maximale Temperatur von 423° C erreicht. Aufgrund des Temperaturgradienten beträgt zu diesem Zeitpunkt die minimale Temperatur am Kelchbodenstiel aber nur 117° C. Damit beträgt dieMaximum power operated. The maximum power per radiator was 5 kW per radiator. With such a supply of heat, the cup rim 24 has already reached the maximum temperature of 423 ° C. after 10 seconds. Due to the temperature gradient, the minimum temperature at the base of the calyx at this point is only 117 ° C
Differenz zwischen maximaler und minimaler Temperatur innerhalb des Glases nach etwa 10 Sekunden etwas über 300° C. Die sich ergebende Temperaturinhomogenität ist aber im Falle von Trinkgläsern unkritisch, da der Spannungszustand im Kelchboden, Stiel und Fuß in der Regel bei Trinkgläsern nicht relevant ist. An diesen Stellen ist also eine Entspannung nicht erforderlich. Im Gegenteil, da auf diesem Bereich die meiste Last durch das Eigengewicht des Trinkglases liegt, ist hier eine niedrigere Temperatur und damit verbundene höhere Formstabilität sogar vorteilhaft. Die Kelchwand einschließlich des oberen Randes 24 erreichen die höchsten Temperaturen und können somit entspannt und anschließend gezielt vorgespannt werden. Bei anderen zu erwärmenden Produkten, kann allerdings der Spannungszustand im Bodenbereich eines zu erwärmenden Glases durchaus relevant für die Produktqualität sein. Durch geschickte Strahleranordnung und Einbringen beispielsweise eines wasserhaltigen Quarzrohrgestelles kann ein homogenerer Temperaturgradient und damit
homogeneres Aufheizen erreicht werden. Dies zeigen die nachfolgenden Modellrechnungen.Difference between maximum and minimum temperature within the glass after about 10 seconds is a little over 300 ° C. However, the resulting temperature inhomogeneity is not critical in the case of drinking glasses, since the state of tension in the bottom of the goblet, stem and base is generally not relevant for drinking glasses. Relaxation is not necessary at these points. On the contrary, since most of the load is due to the weight of the drinking glass in this area, a lower temperature and the associated higher dimensional stability are even advantageous here. The chalice wall including the upper edge 24 reach the highest temperatures and can thus be relaxed and subsequently biased. In the case of other products to be heated, however, the stress state in the base area of a glass to be heated can be quite relevant for the product quality. By cleverly arranging the radiator and introducing, for example, a water-containing quartz tube frame, a more homogeneous temperature gradient and thus more homogeneous heating can be achieved. The following model calculations show this.
Die geometrischen Abmessungen des Modells sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 2 enthält eine Zusammenstellung der Materialdaten. In Tabelle 3 sind noch einmal extra die strahlungsrelevanten Parameter aufgeführt. Tabelle 4 erläutert schließlich die Bedeutung der Symbole.The geometric dimensions of the model are summarized in Table 1. Table 2 contains a compilation of the material data. Table 3 again lists the radiation-relevant parameters. Finally, Table 4 explains the meaning of the symbols.
Tabelle 1 : ModellabmessungenTable 1: Model dimensions
Tabelle 2: Materialdaten und -gleichungenTable 2: Material data and equations
Tabelle 3: Strahlungsrelevante ParameterTable 3: Parameters relevant to radiation
Tabelle 4: Bedeutung der Symbole Table 4: Meaning of the symbols
Symbol BedeutungSymbol meaning
CP spezifische Wärmekapazität α Absorptionskoeffizient e Emissionskoeffizient C P specific heat capacity α absorption coefficient e emission coefficient
K WärmeleitfähigkeitK thermal conductivity
Q Dichte λ Wellenlänge μ ViskositätQ density λ wavelength μ viscosity
In einer ersten Modellrechnung wurde das Aufheizen eines Trinkglases für eine Zeitdauer von 10 Sekunden berechnet. Figur 4 zeigt die Temperaturverteilung nach einer Aufheizzeit von 10 s, die zwischen 117° C und 423° C liegt, der minimalen und der maximalen Temperatur im Trinkglas. In den weißen Flächen 100 in der Umgebung liegt dieIn a first model calculation, the heating up of a drinking glass was calculated for a period of 10 seconds. Figure 4 shows the temperature distribution after a heating time of 10 s, which is between 117 ° C and 423 ° C, the minimum and maximum temperature in the drinking glass. The is in the white areas 100 in the area
Temperatur oberhalb dieses Intervalls. Diese Fläche erstreckt sich vom Bereich zwischen Strahlern und Trinkglas bis hinter die Strahler. Besonders nahe rückt dieser heiße Bereich an die unteren Strahler heran. Wenn auch der unterste Strahler eingeschaltet wird, wird sein Quarzglasrohr am heißesten von allen Strahlerrohren.Temperature above this interval. This area extends from the area between the spotlights and drinking glass to behind the spotlights. This hot area is particularly close to the lower radiators. If the bottom heater is switched on, its quartz glass tube will be the hottest of all heater tubes.
Deutlich zu erkennen ist das Temperaturmaximum 110 im Trinkglas am oberen Kelchrand 24. In der Kelchwand liegt das Temperaturniveau um ca. 100° C unter der Temperatur am Kelchrand. Im Bereich von Kelchboden, Stiel und Fuß liegt das Temperaturniveau noch einmal um weitere 200° C niedriger. Diese niedrige Temperatur resultiert daher, daß der Bereich Stiel / Kelchboden weder von Strahlung noch von Kovektion besonders gut erreicht wird.The temperature maximum 110 in the drinking glass at the upper edge of the goblet 24 can be clearly seen. The temperature level in the goblet wall is approx. 100 ° C below the temperature at the edge of the goblet. In the area of the calyx, stem and foot, the temperature level is another 200 ° C lower. The result of this low temperature is that the area of the stem / chalice bottom is not particularly well reached by either radiation or convection.
Um die Temperaturinhomogenität zu verringern, wurde das Trinkglas in einer in Figur 5 gezeigten Berechnung in ein wasserhaltiges Quarzglasrohr
gestellt. Das Material des Quarzglasrohres absorbiert ebenfalls einen Teil der Strahlung. In vorliegendem Fall wurde die Berechnung nur bis zu einer Aufheizzeit von 2,75 s berechnet. Figur 5 zeigt die sich ergebende Temperaturverteilung nach einer Aufheizzeit von 2J5 s. In vorliegender Berechnung wurde der untere Strahler als abgeschaltet angenommen. Zum Vergleich ist in Figur 6 die Temperaturverteilung für den Fall ohne wasserhaltiges Quarzglasrohr und einer Aufheizzeit von 2,04 s dargestellt. Deutlich zu erkennen ist, daß bereits nach dieser Aufheizzeit ein vergleichbares Temperaturniveau wie in Figur 5 erreicht worden ist. In Tabelle 5 ist für den Fall des Aufheizens mit und ohne Quarzglasrohr die erreichte minimale und maximale Temperatur sowie ihre jeweilige Differenz gegenübergestellt. Zu erkennen ist eine Verringerung der Temperaturinhomogenität durch Hinzunahme des wasserhaltigen Quarzglasrohres um etwa 22%.In order to reduce the temperature inhomogeneity, the drinking glass was placed in a water-containing quartz glass tube in a calculation shown in FIG posed. The material of the quartz glass tube also absorbs part of the radiation. In the present case, the calculation was only calculated up to a heating-up time of 2.75 s. Figure 5 shows the resulting temperature distribution after a heating time of 2J5 s. In the present calculation, the lower radiator was assumed to be switched off. For comparison, the temperature distribution for the case without water-containing quartz glass tube and a heating-up time of 2.04 s is shown in FIG. It can be clearly seen that after this heating-up time, a temperature level comparable to that in FIG. 5 has been reached. In table 5, the minimum and maximum temperature reached and their respective differences are compared for the case of heating with and without quartz glass tube. A reduction in the temperature inhomogeneity can be seen by adding the water-containing quartz glass tube by about 22%.
Tabelle 5:Table 5:
Die Ausführungsbeispiele zeigen, daß durch gezieltes Abschalten von Strahlern, hier beispielsweise des untersten Strahlers, oder Einbringen von absorbierenden Mitteln, wie beispielsweise wasserhaltigem Quarzglas, der Temperaturgradient in Längsrichtung des rohrförmigen mit IR-Strahlern beheizten Ofens eingestellt werden kann. Insoweit lassen sich mit Hilfe der rohrförmigen Vorrichtung gezielt vertikale Temperaturgradienten einstellen und damit Bereiche, die im Glas gezielt vorgespannt werden und solche, die dies nicht werden.
Desweiteren ist es erstmals möglich, daß ein Temperaturgradient in die Tiefe des Glases und damit die Vorspannung an der Oberfläche unabhängig von der Kühlrate des Glases eingestellt wird. Dies wird dadurch ermöglicht, daß mittels der kurzwelligen IR-Strahlung der eingesetzten IR-Strahler der Heizanlage eine homogene Erwärmung in der Glastiefe möglich ist, während eine Kühlung durch eingeblasene Luft ausschließlich über die Glasoberfläche erfolgt.
The exemplary embodiments show that the temperature gradient in the longitudinal direction of the tubular furnace heated with IR radiators can be set by deliberately switching off radiators, here, for example, the lowest radiator, or by introducing absorbent means, such as water-containing quartz glass. In this respect, vertical temperature gradients can be set in a targeted manner with the help of the tubular device, and thus areas that are specifically toughened in the glass and those that do not. Furthermore, it is possible for the first time that a temperature gradient in the depth of the glass and thus the prestress on the surface is set independently of the cooling rate of the glass. This is made possible by the fact that by means of the short-wave IR radiation of the IR radiators used in the heating system, homogeneous heating in the glass depth is possible, while cooling by blown-in air takes place exclusively via the glass surface.