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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
Rohr- oder Stabglas
Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohr- oder Stabglas, bei dem aus einem Feeder dem
Ende eines schräg herabgerichteten und um seine Längsachse rotierenden Dornes eine Glasströmung zuge- führt und der sich am Umfang des Dornes aus der als Strahl zugeführten Glasströmung gebildete und den
Dorn umhüllende Glasmantel am andern Dornende abgezogen wird, wobei die auf dem Dorn befindliche Glasmasse einer Erhitzung ausgesetzt wird. Bei diesem Verfahren wird erreicht, dass die durch das band- förmige Auflaufen der Glasströmung auf den Dorn entstandene gerillte Glasmanteloberfläche geebnet wird und, in Abwärtsrichtung des Dornes gesehen, eine solche Temperaturabnahme erfährt, dass die gewünsch- te Glasablauftemperatur am unteren Ende des Dornes erreicht wird.
Es ergibt sich aber, dass in gezogenem
Rohr- oder Stabglas sogenannte Ziehstriche auftreten, welche für die Qualität des erzielten Erzeugnisses unerwünscht sein können.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diesem Nachteil zu begegnen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Ziehstriche wahrscheinlich auf folgende Weise entstehen. Während des schraubenförmi- gen Auflaufens der Glasströmung auf den Dorn nimmt der Glasstrahl die Gestalt eines Bandes an, und die Win- dungen dieses schraubenförmigen Bandes schieben sich während einiger Umdrehungen des Dornes mit ihren
Querschnitten übereinander. Bei dieser Verschiebung gelangt ein Teil der freien Bandoberfläche einer Win- dung auf die freie Oberfläche einer andern Windung. Dabei ist die Glasoberfläche teilweise der den Dorn um- gebenden Atmosphäre ausgesetzt. Aus der Glasoberfläche können dann flüchtige und für die chemische Zu- sammensetzung des Glases nützliche Bestandteile verdampfen.
Daraus ergeben sich im Material des Glasman- tels, nachdem das Verschieben der erwähnten Querschnitte zweier benachbarter Windungen beendet ist,
Grenzschichten mit einer abweichenden chemischen Zusammensetzung, die während des weiteren Abgleitens des Glasmantels über den Dorn, wobei eine Ebnung der Rillen der Glasmanteloberfläche erfolgt, nicht ver- schwinden, sondern zu im fertiggestellten Erzeugnis sichtbaren sogenannten Ziehstrichen ausgezogen werden.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird dieser Nachteil praktisch dadurch beseitigt, dass, in der Ab- wärtsrichtung des Dornes gesehen, der auf dem Dorn befindliche Glasmantel in einer Erhitzungszone zu- erst derart erhitzt wird, dass die Temperatur der Aussenflache des Glamantels zunimmt und hoher als die
Glasauflauftemperatur wird, die zur Unterdrückung der Verdampfung während des Abrollens wesentlich niedriger als normal üblich gehalten ist, und dass darauf der Glasmantel einer Kühlung ausgesetzt wird.
Hiebei wird die Möglichkeit geboten, mit einer wesentlich niedrigeren Temperatur des auf der. Dorn auflaufenden Glasstrahles zu arbeiten ; diese Temperatur wird so niedrig gewählt, dass das Auflaufen auf den Dorn gerade noch nicht erschwert wird. Infolge dieser niedrigeren Auflauftemperatur wird eine starke
Unterdrückung der erwähnten Verdampfung erreicht. Bei Bleiglas z. B. kann man auf diese Weise mit einer Glasauflauftemperatur arbeiten, die mehr als 100 C niedriger liegt als beim üblichen Verfahren.
Die Zufuhrung von Wärme zur Glasmantelobcrf1 che ist an sich bekannt. Dabei ist aber die Glasauf- lauftemperatur immer höher als die Temperatur der sich auf dem Dorn bildenden Manteloberfläche. Die
Erhitzung des Glasmantels dient dabei nur zur Vermeidung einer zu grossen Kühlung der Manteloberfläche.
Beim Verfahren nach der Erfindung erhöht sich die Temperatur des Glasmantels in der Erhitzungszone, in der Abwärtsrichtung des Dornes gesehen, auf einen Wert, der die Glasauflauftemperatur sogar übersteigt.
In dieser Zone erfolgt das Ebnen der noch gerillten Aussenfläche des Glasmantels.
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Bei einer günstigen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird der Anfangspunkt der Er- hitzung derart gewählt, dass dieser mit dem Beenden des gegenseitigen Abrollens der Windungen des Glas- mantels zusammenfällt, so dass verhütet wird, dass sich in einem späteren Stadium dünne Grenzschichten einer gegenüber dem übrigen Teil des Glases abweichenden chemischen Zusammensetzung im Glasma- terial bilden.
Es ist einleuchtend, dass beim Verfahren nach der Erfindung die Temperatur des Glasmantels in der
Erhitzungszone so hoch wird, dass sie nach erfolgter Erhitzung auf die gewünschte Glasablauftemperatur am unteren Ende des Dornes herabgesetzt werden muss. Würde dies eine grössere spezifische Dornoberflä- che erfordern, was für verschiedene Glassorten eine nicht unbeträchtliche Gefahr der Entglasung ein- schliesst, so kann man, nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, diesem Übel dadurch begeg- nen, dass man den Glasmantel nach dem Durchlaufen der Erhitzungszone eine Kühlzone passieren lässt, wobei, in der Abwärtsrichtung des Dornes gesehen, die erhöhte Temperatur der Aussenfläche des Glas- mantels durch forciert Kühlung auf die gewünschte Glasablauftemperatur am Ende des Domes herabge- setzt wird.
Auf diese Weise wird erreicht, dass die spezifische äussere Dornoberfläche in der Grösse be- schränkt bleibt. Mittels einer etwaigen geeigneten Aufteilung des Kühlkörpers in Abschnitte kann ausser- dem der Temperaturverlauf während der Abkühlung völlig beherrscht werden.
Eine günstige Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung wird dadurch erreicht, dass bei
Vorhandensein einer Ausströmöffnung für flüssiges Glas und eines schräg herabgerichteten rotierbaren Dor- nes um diesen Dorn herum eine'in dessen Längsrichtung verschiebbare Heizvorrichtung angeordnet wird.
Dabei wird eine indirekte Erhitzung des Glasmantels auf dem Dorn mittels eines Strahlungskörpers gegen- über einer direkten Flammenerhitzung bevorzugt, da infolge der Wärmeübertragung durch Strahlung die
Wärmeenergie nicht nur unmittelbar der Aussenfläche mitgeteilt wird, sondern auch unmittelbar bis in unter der Oberfläche liegende. Glasschichten eindringt. Hiedurch ist der Temperaturgradient in einem Querschnitt durch den Glasmantel kleiner, als es bei konvektiver Heizung mittels heisser Gase der Fall wäre.
Nach einer weiteren günstigen Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist, in der Abwärtsrichtung des Dornes gesehen, in Flucht mit der Heizvorrichtung eine Kühlvorrichtung angeordnet.
Dabei wird, aus ähnlichen Gründen wie sie bei der Heizvorrichtung angegeben wurden, eine Kühlung mittels eines den Glasmantel umhüllenden Kühlkörpers gegenüber der Kühlung mittels einer Luftströmung bevorzugt.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Fig. l und 2 ist das Auflaufen des Glasstrahles auf den Dorn und die Glasbewegung während einiger Umdrehungen des Dornes dargestellt, wie dies beim bekannten Verfahren und beim Verfahren nach der Erfindung erfolgt. In Fig. 3 ist das Auftreten von Ziehstrichen am Ablaufende des Dornes veranschaulicht, wie diese beim bekannten Verfahren auftreten. Fig. 4 zeigt einen Dorn mit einer Erhitzungs- und einer Kühlzone nach der Erfindung, sowie einige Kurven von an der Aussenfläche des auf dem Dorn befindlichen Glasmantels gemessenen Terrperaturen sowohl für das bekannte Verfahren als auch für das Verfahren nach der Erfindung.
Eine aus einem nicht näher dargestellten Feeder strömende Glasströmung 1 (s. Fig. 1 und 2) läuft auf einen schräg abwärtsgerichteten Dorn 2 und wickelt sich dabei bandförmig (A) um diesen Dorn. Der Ouerschnitt dieses Bandes nimmt infolge der Schwerkraft die Gestalt eines dünner und breiter werdenden Bandes an (B und C). Das Verbreitern erfolgt in der Ziehrichtung. Dabei rollt die Seite einer Windung über den Rücken einer vorherigen Windung, wobei sich die in der Fig. 2 angegebenen Punkte, a, b und c ungefähr über a', b'und c nach a", b" und c verschieben.
Bei diesem Abrollen wird ein Teil der Oberfläche einer Windung von der Oberfläche der nächsten Windung begraben, wobei sich das Abrollen fortsetzt, bis das Band so dünn geworden ist, dass die Abrollkräfte kleiner werden als die Benetzungskräfte zwischen den benachbarten Windungen. Nach dem Abrollen (b") verschwindet der scharfe Übergang zwischen benachbarten Windungen, und der Ebnungsvorgang geht weiter. Beim Ebnungsvorgang versinken die Wellenköpfe und heben sich die Wellentäler, dies geht weiter bis der Glasmantel eine glatte Aussenfläche angenommen hat.
Während des Abrollvorgang ist ein Teil der Bandoberfläche einer Windung, bevor sie vom Glas der nächsten Windung begraben wird, der den Dorn umgebenden Atmosphäre ausgesetzt, und es erfolgt aus dieser Oberfläche eine Verdampfung flüchtiger und für die chemische Zusammensetzung des Glases nützlicher Bestandteile. Folglich treten im Querschnitt des Glasmantels dünne Grenzschichten (c-b") mit einer gegenüber dem Glas der Windungen B und C abweichenden chemischen Zusammensetzung auf. Im wesentlichen bilden die verschiedenen Grenzflächen miteinander eine einzige schraubenförmige Grenzfläche. Würde man die Glasschicht z.
B. irgendwo in der Mitte des Dornes 2 und senkrecht zu deren Mittellinie durchschneiden können, so wären in diesem Querschnitt eine grössere Zahl durchgeschnittener Grenz-
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flächen sichtbar, die miteinander eine einzige Schraube bilden. Die Schraubengänge liegen an der inne- ren Oberfläche der Glasschicht nahe zusammen, und in Richtung der Aussenfläche wird der Abstand zwi- schen den Gängen grösser.
In Fig. 3 ist die Art und Weise dargestellt, wie der Glasmantel den Dorn verlässt. Deutlichkeitshalber ist von einer Lage ausgegangen, in der der ursprüngliche gerillte Glasmantel nicht völlig glatt geworden ist. Auf dem Glasmantel selbst liegen die Rillen oder wenigstens dasjenige, was davon übrig geblieben ist, in einer strengen geometrischen Anordnung. Beim Verlassen am unteren Ende des Dornes beginnt eine bestimmte Rille an mehreren Stellen gleichzeitig auszulaufen, da der Zusammenhang in der betreffenden
Grenzfläche mehr oder weniger verloren geht. Auf die dargestellte Weise entstehen dann am Umfang des nach dem bekannten Verfahren hergestellten Erzeugnisses mehrere Ziehstriche 9, vielfach mit einer haar- nadelartigen Gestalt.
In Fig. 4 ist ein qualitatives Bild des Temperaturverlaufs der Aussenseite des Glasmantels bei einer
Ausführung nach dem bekannten Verfahren durch die Kurve 11 dargestellt, wobei der Punkt D die Tempe- ratur des auf den Dorn strömenden Glases und der Punkt E die Temperatur des Glasmantels an der Stelle 8 darstellt.
Dadurch, dass mit einer wesentlich niedrigeren als normal üblichen Glasauflauftemperatur (Punkt P und Fig. 4) gearbeitet wird, wird erreicht, dass die erwähnte Verdampfung während des Abrollens der
Bandquerschnitte stark unterdrückt wird. Wären keine besonderen Massnahmen getroffen, so wird die
Temperatur des Glasmantels in der Ebnungszone zu niedrig, um zur gewünschten Ebnung der Oberfläche des Glasmantels zu gelangen. Daher wird nach der Erfindung die Temperatur des Glasmantels nach dem
Beenden des Abrollens (mit 6 in Fig. 4 angegeben) wieder beträchtlich erhöht. Zu diesem Zweck ist um den Glasmantel herum eine verschiebbare Erhitzungszone 4 vorgesehen.
Infolge der in dieser Zone erfol- genden Erhitzung erhöht sich die Temperatur der Aussenfläche des Glasmantels, umso weiter das Glas vom
Anfangspunkt der Erhitzung entfernt ist, was aus dem Abschnitt Q-R der vollausgezogenen Kurve 12 in
Fig. 4 ersichtlich ist. Bei Punkt 7 in Fig. 4 ist die Temperatur (Punkt R) der Aussenfläche des Glasmantels so hoch gesteigert, dass nach weiterer Abkühlung, entsprechend dem Teil M-E der Kurve 11, die Temperatur des Glasmantels am unteren Ende 8 des Dornes 2 die gewünschte Glasablauftemperatur übersteigen würde (Punkt K auf Kurve 13). Um am unteren Ende des Dornes dennoch die gewünschte Glasablauftemperatur zu erzielen, könnte z. B. der Dorn länger gewählt werden, so dass sich die Abkühlung dann gemäss der Kurve 13 bis zum Punkt L fortsetzen kann.
Im Zusammenhang mit etwaigen auftretenden Entgläsungserscheinungen kann eine Vergrösserung der spezifischen Dornoberfläche (m Dornoberfläche je Tonne Glasabnahme pro Stunde) Schwierigkeiten bereiten. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die spezifische Dornoberfläche beibehalten werden, indem man den Glasmantel 3 nach der Erhitzungszone 4 eine Zone 5 für forcierte Kühlung durchlaufen lässt. In dieser Zone wird die Temperatur der Aussenfläche des Glasmantels zwangsläufig auf die gewünschte Glasablauftemperatur E herabgesetzt (Teil R-E der Kurve 12).
Die Wärmeübertragung zwischen der Heizvorrichtung 4 und dem Glasmantel 3 und diejenige zwischen dem Glasmantel und der Kühlvorrichtung 5 erfolgt praktisch völlig durch Strahlung. Hiebei wird die Temperatur der Innenfläche der Heizvorrichtung höher und die der Kühlvorrichtung niedriger gehalten als die Temperatur der Aussenfläche des sich durch diese beiden Vorrichtungen bewegenden Glasmantels.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Rohr- oder Stabglas, bei dem aus einem Feeder dem Ende eines schräg herabgerichteten und um seine Längsachse rotierenden Dornes eine Glasströmung zugeführt und der sich am Umfang dieses Domes aus der als Strahl zugeführten Glasströmung gebildete und den Dorn umhüllende Glasmantel am andern Ende dieses Dornes abgezogen wird, wobei die auf dem Dorn befindliche Glasmasse einer Erhitzung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass, in der Abwärtsrichtung des Dornes gesehen, der auf dem Dorn befindliche Glasmantel in einer Erhitzungszone zuerst derart erhitzt wird dass die Temperatur der Aussenfläche des Glasmantels zunimmt und höher als die Glasauflauftemperatur wird, die zur Unterdrückung der Verdampfung während des Abrollens wesentlich niedriger als normal üblich gehalten ist,
und dass darauf der Glasmantel einer Kühlung ausgesetzt wird.