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Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Glasrohren.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Glasrohren, wobei das geschmolzene Glas aus einer Bodenöffnung eines Glasmassebehälters nach unten abgezogen wird.
Die bisher angewandten Verfahren und Einrichtungen haben den Nachteil, dass an der Oberfläche des Glasrohres Streifen und Unvollkommenheiten sich zeigen, die auf die Berührung des Glases, das zwecks Ermöglichung des Ziehvorganges verhältnismässig kühl sein muss, mit der Oberfläche der Ziehvorrichtungen zurückzuführen sind.
Die Erfindung bezweckt in der Hauptsache, diesen Übelstand zu beseitigen, was dadurch erreicht wird, dass das Glas aus einem die geschmolzene Masse aufnehmenden Behälter über die Krone einer ringförmigen Randleiste in einem Hohlstrang abfliesst, wobei die Innenfläche dieses Glashohlstranges ausser Berührung mit irgendwelchen Formvorrichtungen bleibt und durch Ausstrahlung erkaltet.
Die Erfindung hat weiters eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Gegenstande, die aus einem Behälter besteht, der in seinem Boden eine nach unten gerichtete, durch eine ringförmige Randleiste gebildete Öffnung ausweist und in welcher ein gekühltes Einsatzstück gelagert ist, in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Regeln der Menge der die Lochrandleiste überfliessenden Glasmenge derart, dass das Glas in einem ringförmigen Strang ohne mit dem gekühlten Einsatzstück in Berührung zu kommen, aus dem Behälter abfliesst.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen Einrichtung in Fig. 1 in Seitenansicht, in Fig. 2 in Draufsicht und in Fig. 3 im aufrechten Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2 im grösseren Massstabe zum Teile dargestellt.
Eine aus [-Trägern gebildete Plattform 10 ruht auf nach unten reichenden, Laufrollen 12 tragenden Lagern 11, so dass die Vorrichtung beweglich wird. An der Plattform 10 sind vier Winkeleisen M befestigt, die einen im Querschnitt rinnenförmigen Gussrahmen 14 tragen, der eine breite kreisförmige Öffnung aufweist, die von einem Flanschenrand 15 (Fig. 3) begrenzt wird und anschliessend an diesen an der oberen Seite eine Spur 16 für ein Kugellager aufweist. Um den Flansch-M herum ist ein Zahnkranz 17 drehbar angeordnet, der eine Spur 18 für die Lagerkugeln 19 aufweist, die in der Spur 16 des Rahmens 14 laufen, wodurch der Zahnkranz 17 möglichst reibungslos gelagert erscheint. In diesen greift ein Zahntrieb 20 ein, der von einer geeigneten Kraftquelle, z.
B. dem Elektromotor 21, angetrieben und an dem Gussrahmen 14 drehbar gelagert ist. Der Zahnkranz 17 ist von einem am Rahmen 14 befestigten Gehäuse 22 eingeschlossen, das mit Augen 23 versehen ist, deren Zweck später erläutert wird.
Auf dem drehbaren Zahnkranz 17 ruht mittels vorstehender Lappen 24 (Fig. 3) ein Gehäuse 25, dessen Boden eine kreisförmige Öffnung 26 aufweist, die von einem aufrechten Flansch 27 umgeben ist.
Auf der Oberkante desselben ruht ein Becken oder eine Schale 28 aus feuerfestem Material, die durch Isoliermaterial 29 von der Gehäusewand 25 im Abstand gehalten ist und am Boden eine mit der Öffnung 26 im Gehäuse 25 übereinstimmende mittlere Öffnung 30 aufweist. An dem Gehäuseboden 25 ist an der Unterseite ein Ring 31 befestigt, der über den Rand der Öffnung 26 nach innen vorsteht und eine konische Ringleiste oder Büchse 32 aus feuerfestem Material trägt, die nach aufwärts in das Innere der Schale 28 reicht und in deren Öffnung 28 dicht einpasst. Das obere Ende der konischen Büchse 32 zeigt einen nach innen sich erstreckenden ringförmigen Rand, durch den eine kreisrunde Öffnung 33 für den Austritt der Glasmasse gebildet wird.
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An der Unterseite des Gussrahmens sind nach innen geneigte Arme 35 befestigt, deren innere Enden innerhalb der konischen Büchse 32 konzentrisch zur Öffnung 33 eine zum Polieren des Glasstranges mittels Feuers und zur Kühlung dienende Einrichtung tragen. Diese besteht aus einem inneren und äusseren zylindrischen Mantel 36 und 37, die im Abstand voneinander konzentrisch angeordnet und am untern Rande durch eine Platte 38 verbunden sind. Das obere Ende des Innenmantels 36 ist schräg nach aussen, das des Aussenmantels bei 39 rechtwinklig nach innen ausgebogen. Dieser Ringflansch 39 trägt ein ringförmiges Brennerrohr 40, dessen Öffnungen so angeordnet sind, dass durch sie eine Flamme an jener Stelle gegen den Glasstrang gerichtet wird, wo die Glasmasse den Öffnungsrand 33 der konischen Büchse 32 verlässt.
Zwischen den Zylindern 36 und 37 sind im Abstand voneinander zwei zylindrische Mäntel 41 und 42 angeordnet, von denen der äussere Mantel 42 etwas höher ist als der innere 41. In den Ringraum zwischen den Zylindern 36 und 41 mündet durch die Bodenplatte 38 ein Rohr 43, durch das Kühlwasser in diesen Ringraum gelangt, welches durch ein in den Raum zwischen den Zylindern 41 und 42 führendes Rohr 44, das den Boden 38 durchsetzt, abfliessen kann. Aus dem Ringraum zwischen den Mänteln 42 und 37 führt ein Abfluss 45, durch den mittels eines nicht gezeichneten Ventilators Verbrennungsprodukte oder Rückstände des Brenners 40 entfernt werden.
Über der Schale oder dem Becken 28 ist ein Gussstück 46 angeordnet, das von in die Augen 23 des Gehäuses 22 eingesetzten Stehbolzen 47 getragen wird und einen nach innen ragenden Flansch 49 aufweist, der einen Deckel 50 aus feuerfestem Material trägt, der zum Teil kuppelartig ausgebildet ist und mit seinem unteren Rand über den oberen Rand der Schale 28 herausreicht. Nach aussen vorspringende Fortsätze des Deckels 50 weisen Öffnungen 51 für die Anordnung nicht ersichtlicher Brenner auf ; die Seitenwände des Deckels laufen von der mittleren Transversallinie der gesamten Einrichtung parallel zueinander (Fig. 2) und sind durch eine zu den Seiten rechtwinklig angeordnete Wand 52 begrenzt, die über der Schale 28 in einer Ebene annähernd in der Mitte zwischen deren Zentrum und dem Rande liegt ;
dadurch bleibt ein Teil der Schale 28 bei 53 für den Einlauf des geschmolzenen Glases offen.
Der Mittelteil des Deckels ist mit einer konzentrisch zur konischen Büchse 32 angeordneten Öffnung 54 versehen.
In einem am Gussstück 46 vorgesehenen Auge 56 ist eine aufrechte hohle Säule 55 eingesetzt, an der ein Arm 57 vertikal verschiebbar ist, der einen durchbohrten, von einer Gewindespindel 59 lose durchsetzten Fortsatz 58 besitzt, welche Spindel einen einstellbaren Anschlag 60 zur Begrenzung der Abwärtsbewegung des Armes 57 trägt. An letzterem ist ein Seil od. dgl. 61 befestigt, das über eine Rolle 62 innerhalb der Hohlstange 55 nach unten zu einem nicht dargestellten Windwerk mit Sperrvorrichtung führt, das durch ein Handrad 63 (Fig. 2) betätigt wird, um den Arm 57 zu heben. Dieser
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zylindrischen Mantel 67 aus feuerfestem Material hält, indem die Klauen des Greifers an dem verbreiterten oberen Rand des Mantels 67 angreifen.
Die Büchse 65 kann durch Heben und Senken des Armes 57 vertikal verstellt werden, wobei sie durch den an der Spindel 59 geführten Fortsatz 58 des Armes 51 in bezug auf die Öffnung 33 in konzentrischer Lage bleibt. In der Büchse 65 ist ein mit Aussengewinde versehenes Rohr 68 frei verschiebbar, auf dem ein Handrad 69 sitzt, das am oberen Ende des Halslagers 64 drehbar angeordnet ist.
Dieses Rohr 68 trägt am unteren Ende eine die Form eines Kegels aufweisende Wasserkammer 70 und vermittelt auch den Zulauf des Wassers in diese. Das Rohr 68 ist von einem dünneren Rohr 71 gleichachsig durchsetzt, das in die Wasserkammer 70 reicht und die Rückleitung des Kühlwassers besorgt.
Innerhalb dieses Rohres T ? ist ein dünneres Rohr 12 angeordnet, das die gesamte Kühlvorrichtung durchsetzt und als Luftleitung dient, deren Zweck später erörtert ist. Mittels des Handrades 69 kann die Kühlvorrichtung 70 gehoben und gesenkt und dadurch deren Abstand von der in die Öffnung 33 einfliessenden Glasmasse geändert werden. Der Kühlwasserzulauf 65 ist mit einem geeigneten Wasservorratsbehälter verbunden, das Abflussrohr 11 an eine Ablaufleitung für das verbrauchte Kühlwasser angeschlossen, während das Rohr 12 zu einer geeigneten Luftvorratsquelle führt.
Wenn die beschriebene Einrichtung in Tätigkeit treten soll, wird sie mit dem Einlass 53 unter den Vorherd 73 eines nicht gezeichneten Schmelzofen gebracht, wobei die Öffnung 33 der Formeinrichtung direkt über einer Öffnung 74 im Boden, auf dem die Einrichtung ruht, zu liegen kommt.
Bei der Arbeit erfährt die Schale 28 durch den Motor 21 eine Drehbewegung mit gleichbleibender Geschwindigkeit, und ein Strom geschmolzenen Glases 76, geregelt durch den Steuerungsschieber 77, entsprechend der Grösse der herzustellenden Glasröhre, rinnt aus dem Vorherd 73 in die Schale 28. Die Glasmasse dringt unter dem Rand des Einsatzmantels 67 nach innen, wobei sie innerhalb desselben etwas ansteigt, so dass die Kühlvorrichtung 70 einen Teil der von der Oberfläche 78 der Glasmasse 76 ausgestrahlten Hitze aufnimmt.
Das geschmolzene Glas wird in der Schale 28 in solcher Höhe gehalten, dass sein Spiegel höher liegt als die obere Kante des konischen Mittelstückes 32, so dass das Glas über dessen Kante und durch die Öffnung 33 abfliesst, die breit genug ist, um die Bohrung des hohlen Glasstranges offen zu halten, der durch den konischen Teil 32 und den zylindrischen Mantel 36 nach unten wandert. Durch das Rohr 72 wird Luft eingeblasen, die eine Luftströmung zwischen dem Kühler 70 und der Glasoberfläche bei 78, wie die Pfeile andeuten, hervorruft, wodurch die abkühlende Wirkung
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des Kühlers 70 auf das Glas unterstützt wird.
Diese im Innern der Glasröhre nach unten streichende
Luftströmung kühlt auch auf einer kurzen Entfernung unterhalb der Pfanne 28 die Innenfläche der
Glasröhre und beschleunigt das Erstarren derselben. Wenn das Glasrohr durch den Zylindermantel 36 hindurchgetreten ist, gelangt es durch die Bodenöffnung 74 zu der Zugvorrichtung 75, mittels welcher das Rohr zu seiner richtigen Form gezogen wird. Diese Ziehwirkung kann von Hand aus, zuweilen durch die Schwerkraft erfolgen, es hat sich jedoch gezeigt, dass eine maschinell mit bestimmter
Geschwindigkeit angetriebene Einrichtung die besten Erfolge zeitigt.
Die Beschaffenheit des Glases beim Abfliessen über den Rand der Öffnung 33 kann durch Änderung des Abstandes des Kühlers 10 von der Glasoberfläche geregelt werden, so dass zwischen dem Mittelkonus 32 und dem unteren Rand des Einsatzmantels 67 eine Glasschicht gebildet wird, welche die für den Ziehvorgang erforderliche Plastizität besitzt. Da die während des Ziehvorganges zu oberst liegende
Glasschicht schliesslich die Innenwand der Röhre bildet und mit keinerlei harter unnachgiebiger Fläche in Berührung kommt, so ist sie Beschädigungen oder Streifenbildungen beim Ziehen nicht ausgesetzt, weshalb die Innenwand der Glasröhre frei von Unvollkommenheiten ist.
Mittels des Handrades 63 und des Anschlages 60 kann die Höhenlage des Einsatzmantels 67 so eingestellt werden, dass die Höhe der
Glasmasse bezüglich der Öffnung 33 beibehalten werden kann, damit hinreichend Glas über den Rand der Öffnung 33 abfliesst, um ein Rohr 79 von der gewünschten Wandstärke herzustellen.
Vermöge der Anfangstemperatur des geschmolzenen Glases und der abkühlenden Wirkung der Kühlvorrichtung 70 wächst die Temperatur des über die Ziehlochkante abfliessenden Glasstranges mit der Tieflage oder der Entfernung dieser Kante von der gekühlten Glasoberfläche bei 78. Während daher die Glasschicht, die die Innenwand der Röhre formt, ausreichend gekiihlt ist, um den Ziehvorgang auszuhalten, besitzt die mit der Ziehlochkante in Berührung kommende Glasmasse hinreichend Plastizität, so dass sich etwaige durch kleine Unebenheiten des Ziehlochrandes hervorgerufene Streifen oder Rillen durch Zusammenfliessen der Glasmasse selbsttätig schliessen können.
Die Flamme des Brenners 40 ist derart gerichtet, dass durch sie der Ziehlochrand und die Oberfläche des diesen verlassenden Glasstranges erhitzt wird, wodurch die Eigentemperatur des Glases ausreichend erhöht wird, um das oben erwähnte selbsttätige Schliessen auftretender Risse zu gewährleisten, bevor die Röhre in den Zylinder 36 eintritt, wodurch das zwischen den Zylindern 36 und 41 strömende Kühlwasser eine merkliche Abkühlung der
Glasröhre erfolgt. Diese Kühlwirkung beschleunigt das Erstarren der Röhre, das durch den die Hitze absorbierenden Luftstrom unterhalb der Pfanne 28 vollendet wird. Da die Röhre auf einer beträchtlichen
Strecke unterhalb der Pfanne sich noch im plastischen Zustande befindet, kann sie vor dem Erstarren durch die Transportvorrichtung 75 auf das erforderliche Ausmass nach unten abgezogen werden.
Die
Grösse (Durchmesser) der Röhre kann durch Änderung der Geschwindigkeit der Fördervorrichtung oder bzw. und durch Änderung der Viskosität des Glases, wie es die Pfanne 28 verlässt, geregelt werden. Wenn die Röhre rascher nach unten abgezogen wird, verringert sich ihr Durchmesser vor dem Erstarren, während umgekehrt Röhren mit grösserem Durchmesser durch verringerte Ziehgeschwindigkeit erzielt werden. Ferner übt die Viskosität des Glases insofern einen Einfluss auf den Durchmesser der Röhre aus, als eine höhere Viskosität ein Wachsen des Rohrdurchmessers zur Folge hat.
Beim Ziehen von Glasrohren grösseren Durchmessers kann es als notwendig erachtet werden, Pressluft auf die Innenseite der Röhre einwirken zu lassen, indem man eine beträchtliche Menge von Luft durch das Rohr 72 treibt, was bei der Herstellung schmaler Rohre für gewöhnlich unnötig ist. Versuche haben gezeigt, dass die
Höhe des Glasmassespiegels über dem Rand der Ziehöffnung 33, die Beschaffenheit der Glasmasse bei 78 und die Geschwindigkeit der Fördervorrichtung im Verhältnis zueinander so eingestellt werden können, um eine rasehe Herstellung fertiger Rohre in den gewünschten Abmessungen zu ermöglichen.
Wie schon erwähnt, wird die Schale 28 durch den Motor 21 mit gleicher Geschwindigkeit in Drehung versetzt, wodurch die Gleichmässigkeit der Temperatur und der Menge der über den Ziehlochrand abfliessenden
Glasmasse gesichert wird.
Auf diese Art und Weise können Glasrohre von durchaus sehr genauen Abmessungen erzeugt werden ; ist jedoch weniger Genauigkeit bezüglich der Rohrabmessungen zulässig, dann kann man auch gute Ergebnisse erzielen, wenn die Pfanne 28 nicht rotiert oder selbst ein feststehender Glasmasse- behälter verwendet wird.
Es soll noch betont werden, dass der feuerfeste Kegelmantel 32 eine ringförmige, vom Boden des
Glasbeekens oder der Pfanne 28 aufragende'Randleiste bildet, die eine nach unten gerichtete Austritts- öffnung umschliesst, und dass die in der Pfanne enthaltene Glasmasse über die Krone dieser Randleiste und in deren Öffnung abfliesst und so einen hohlen Strang formt, dessen Innenfläche der kühlenden
Wirkung der Kühlvorrichtung 70 ausgesetzt ist.
Auf diese Weise steht bei der praktischen Ausführung des Verfahrens gemäss der Erfindung der rohrförmige Glasstrang, wie er von der geschmolzenen Glas- masse im Vorratsbehälter abzweigt, an der Innenfläche in keiner Berührung mit feuerfestem Material oder einem Formelement irgendwelcher Art, sondern die Wandung des Rohres bildet sich durch das freie
Abfliessen der Glasmasse über die Randkrone der Öffnung im Glasmassebehälter. Daher zeigt die Innen- fläche des Rohres schon an sich einen hohen Grad der Vollendung, während die Aussenfläche, die mit dem Ziehlochrand in Berührung stand, durch den Brenner 40 nachpoliert oder fertigbearbeitet wird.