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Verfahren zum Abkühlen von Glas
Die Erfindung bezieht sich auf das Abkühlen von Glas und insbesondere auf Verfahren zum Kühlen und Abkühlen einer kontinuierlichen Glasbahn in einer einfach gesteuerten Art und Weise und in einer verhältnismässig kurzen Zeit, während verhältnismässig niedere Niveaus restlicher Spannungen in den
Fertigerzeugnissen erreicht werden.
Die Notwendigkeit zum Verwenden eines gesteuerten Kühlzeitplans zur Verringerung der Spannung in Glaserzeugnissen, wenn sie von ihrer geschmolzenen Form oder von einer Temperatur abgekühlt werden, auf die sie erhitzt wurden, um vorhandene innere Spannungen zu lösen, ist allgemein aner- kannt. Bei der Herstellung einer kontinuierlichen Glasbahn oder eines Glasstreifens, wie etwa durch ein
Ziehverfahren, ist ein richtiges Abkühlen notwendig, um ein Glas herzustellen, das eine im wesentli- chen gleichmässige Gesamtrestspannung und annehmbare Schneidmerkmale aufweist. Es gibt einen opti- malen Bereich restlicher Spannung in Tafelglas, der das Glas zum Schneiden am besten geeignet macht.
Hohe Spannungswerte neigen dazu, die Schneidschwierigkeiten zu vergrössern durch Erhöhung der Nei- gung zu einem laufenden Bruch, der von einer Reisslinie ausgeht, die durch ein Schneidwerkzeug her- gestellt wurde. Spannungswerte, die zu niedrig sind, sind ein Anzeichen für die Fachleute des Glas- schneidens, dass das Glas zu gut abgekühlt ist und daher schwierig zu schneiden.
Grob gesprochen umfasst das Verfahren zur Verringerung restlicher Spannung das Kühlen des Glases, das aus einer Schmelze herauskommt oder auf eine Temperatur erhitzt ist, bei der vorhandene Spannun- gen gelöst werden, so dass derartige Restspannungen nicht wieder auftreten, wenn die Glastemperatur ihr Gleichgewicht erreicht hat. Um die Spannungen zu verringern, ist eine genaue Steuerung der Temperatur nur während eines engen Temperaturbereiches, dem Abkühlbereich, wichtig. Die obere Grenze des Abkühlbereiches kann praktisch für ein gegebenes Glas definiert und bestimmt werden. Im allgemeinen ist es die niedrigste Temperatur, bei der das Lösen der Spannungen so schnell vor sich geht, dass Spannungen in der Zeitskala des betrachteten Verfahrens nicht festgestellt werden können.
Die untere Grenze des Abkühlbereiches ist unbestimmter, wird aber im allgemeinen als die Temperatur genommen, von der aus ein Stück Glas schnell gekühlt werden kann, ohne ständige Spannungen in das Glas einzubringen. Es muss anerkannt werden, dass die Temperaturgrenzen des Abkühlbereiches für eine bestimmte Glaszusammensetzung nicht festgelegt sind, sondern eher die Kühlzeit ändern.
Früher wurde, um den niedrigstmöglichen restlichen Spannungszustand mit grösster Zeitersparnis zu erreichen, ein Abkühlverfahren verwendet, das von Adams und Williamson (L. H. Adams und E. D. Williamson, J. Franklin Inst., 190 [1920], S. 957-631 und 835-868. Beispielsweise siehe die Abkühlkurve der Fig. 4 der USA-Patentschrift Nr. 2,952, 097) angewendet wurde. Dieses Verfahren besteht aus zwei wesentlichen Schritten :
1. Halten oder Kühlen des Glases bei einer konstanten Temperatur, die hoch im Abkühlbereich liegt, während eines Teils der Abkühlzeit und danach
2.
Kühlen des Glases von dieser hohen konstanten Temperatur zur unteren Grenze des Abkühlbereiches mit einer nach und nach zunehmenden Geschwindigkeit, um so eine endliche zulässige Spannung während des Restes der zur Verfügung stehenden Abkühlzeit einzuführen.
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Der Erfolg dieses Verfahrens hängt von einer genauen Berechnung der anfänglichen Abkühlungstem- peratur ab, die ausgewählt wurde, und von der Abkühlgeschwindigkeit und diese Zyklen müssen sehr genau verfolgt werden. Von einem praktischen Standpunkt aus gesehen ist es schwierig, dieses Verfah- ren auf einer kontinuierlichen Glasbahn von beträchtlicher Breite anzuwenden. Es ist notwendig, die
Temperatur der Glasbahn von der Verformungstemperatur zur oberen Grenze des Abkühlbereiches schnell und gleichmässig zu senken und dann die Temperatur konstant durch den gesamten abgekühlten Bereich während der richtigen Zeitdauer zu halten.
Wegen dieser Schwierigkeiten im genauen Befolgen der vor- geschriebenen theoretischen Kurve von Adams und Williamson sind industrielle Verfahren im allgemei- nen der Abkühlkurve von Adams und Williamson ungefähr angepasst worden oder es wurde versucht, kon- stante Abkühlgeschwindigkeiten durch den ganzen Abkühlbereich hindurch aufrechtzuerhalten. Derarti- ge Pläne umfassen im allgemeinen ein nach und nach erfolgendes Kühlen durch den Abkühlbereich mit einer Verringerung in der Kühlzeit über und unter dem kritischen Bereich, wenn das Kühlverfahren die restliche Spannung nicht beeinträchtigt.
Es ist bereits ein Verfahren zum geregelten Kühlen eines endlosen Glasbandes, das aus einem Glasschmelzbad geformt worden ist, bekannt, wobei man dieses Glasband durch eine Vorkühlzone führt, bevor das Glas auf den Glühtemperaturbereich abgekühlt worden ist, es dann durch eine Ausgleichzone führt, deren Temperatur an der oberen Grenze des Glühtemperaturbereiches liegt, um das Wärmegefälle zwischen der Mitte und den Oberflächen des Glases möglichst auszugleichen, worauf man das Glasband durch die Glühzone führt, um die Oberflächen auf beiden Seiten mit allmählich steigender Geschwindigkeit abzukühlen und sie allmählich bis an die untere Grenze des Glühtemperaturbereiches zu bringen, wobei das Temperaturgefälle zwischen der Mitte und den Oberflächen wieder zunimmt.
Bei diesem Verfahren wird die TemperatuLin der Vorkühlzone dadurch geregelt, dass man ein strömendes Kühlmittel auf der Vorder- und der Rückseite des Glasbandes in indirektem Wärmeaustausch mit ihm vorbeiführt und dass man die verschiedenen in der Längsrichtung des Bandes verlaufenden Zonen von der Vorder- und der Rückseite des Bandes aus in den verschiedenen Wegabschnitten derart selektiv und regelbar erwärmt, dass eine übermässige Kühlung des Glasbandes vermieden wird, indem man die Temperatur der Umgebung in der Nähe seiner Oberfläche über die ganze Breite hinweg an der oberen Grenze seines Glühbereiches hält.
Es ist weiters ein Glasofen mit Schmelzwanne und Ziehschacht zum vertikalen Ziehen von Glasscheiben bekannt, bei dem ein Paar gewellte, hitzefeste, polierte Metallplatten vorgesehen sind, deren Oberteile in engem, hitzeabschirmendem Kontakt parallel zu den Seitenflächen der Glasscheibe liegen und die sich unten vom Glas weg gegen die in der Schmelzwanne befindliche Glasschmelze hin erstrecken.
Durch die Anwendung dieser Massnahmen kann lediglich eine allmähliche und kontrollierte Abkühlung des Glases durch den Kühlbereich und keine plötzliche Abkühlung erzielt werden.
Es ist ein Zweck der Erfindung, ein neues Abkühlprogramm zu schaffen, das das Erreichen niedrigerer Niveaus restlicher Spannungen gestattet, insbesondere bei Flachglas, das durch das kontinuierliche Verfahren erzeugt wurde, als durch andere Kühlverfahren möglich war, wenn sie unter vergleichbaren Umständen angewendet wurden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Abkühlen von Glas, z. B. eines aus einer Glasschmelze gezogenen Glasbandes, besteht darin, dass das Glas durch seinen Abkühlbereich in einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Kühlstufen, von denen mindestens eine eine von den andern Kühlstufen differierende Kühlgeschwindigkeit aufweist, gesteuert gekühlt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlgeschwindigkeit, während sich das Glas auf einer Temperatur oberhalb der unteren Grenze seines Abkühlbereiches befindet, für eine so kurze Zeit, dass keine wesentliche Lösung der durch den viskosen Fluss erzeugten Spannungen auftreten kann, erhöht und sodann, während sich das Glas auf einer Temperatur innerhalb seines Abkühlbereiches befindet, rasch gesenkt wird,
wobei die dem schnellen Kühlschritt innerhalb des Abkühlbereiches vorangehende durchschnittliche Kühlgeschwindigkeit gleich oder grösser als die dem schnellen Kühlschritt folgende durchschnittliche Kühlgeschwindigkeit ist.
Gemäss der in der österr. Patentschrift Nr. 261837 beschriebenen Erfindung wird das Glas kontinuierlich von der oberen Grenze seines Abkühlbereiches zur unteren Grenze des Abkühlbereiches in einer Vielzahl bestimmter Schritte von aufeinanderfolgenden verschiedenen, im wesentlichen konstanten Geschwindigkeiten gekühlt. Auf diese Art und Weise wird eine niedrigere permanente Spannung in dem Glas erzielt, als sie durch eine einzige lineare Geschwindigkeit des Kühlens durch den Abkühlbereich in der gleichen, vorher bestimmten Zeit erzielt würde.
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Die Erfindung ist nicht nur auf das in dieser Patentschrift beschriebene Abkühlverfahren anwendbar, sondern auch auf solche, bei denen nichtlineare Geschwindigkeiten angewendet werden. Die Erfindung umfasst ein Senken der Temperatur des Glases durch Teile des Abkühlbereiches bei einer abrupt erhöhten hohen Geschwindigkeit des Kühlens, worauf eine abrupte Verringerung der Kühlgeschwindigkeit innerhalb einer genügend kurzen Zeitdauer folgt, so dass das dominierende Ansprechen des Glases im wesentlichen während dieses Arbeitsganges elastisch bleibt. So verschwindet die durch die Umwandlung zu einer hohen Kühlgeschwindigkeit induzierte Spannung mit der Entfernung der hohen Kühlgeschwindigkeit, wobei ungenügende Zeit während des Verfahrens zur Verfügung steht, um eine wesentliche Lösung der Spannungen zu gestatten.
Gemäss der Erfindung wird die restliche Spannung des Glases, das durch einen Kühlplan abgekühlt wird, der zwei oder mehr konstante Kühlgeschwindigkeiten aufweist, wie bei dem in der vorerwähnten österr. Patentschrift Nr. 261837 beschriebenen Verfahren, durch Aufbringen eines Luftstromes auf diesen Teil des Glases gesenkt, der sich auf der Temperatur im Abkühlplan befindet, wo die Kühlgeschwindig- keit verringert wird.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist ein vollständig neuer Abkühlplan entwickelt worden, bei dem die Temperatur des Glases durch den Abkühlbereich in einer Vielzahl schneller Temperaturabfälle von kurzer Zeitdauer gesenkt wird, getrennt durch verhältnismässig niedrige Kühlgeschwindigkeiten von im wesentlichen längerer Zeitdauer, wie etwa durch ein Aufblasen von Kühlluft oder einem andern neutralen gasförmigen Medium auf die Glasoberfläche in voneinander getrennten Zeitabständen oder kontinuierlich in schmalen Bändern bei im Abstand voneinander liegenden Stellungen im Verhältnis zu einer sich bewegenden Glasbahn während des Kühlbereiches.
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der Mitte und den Oberflächen der Platte (Fig.
1B) und der momentan bestehenden Spannung in Ausdrükken derMittelspannung in der zentralen Doppelbrechung --D. c-- (Fig. IC) ausgedrückt, die alle zusammen gegenüber einer gemeinsamen Zeitskala abgetragen sind. Die Zeitskala dieser drei graphischen Darstellungen ist genügend ausgedehnt worden, um die Wirkungen der Übergangstemperatur und der Beanspruchungsverteilungen einzuschliessen, die den Abkühlzeitplan beeinträchtigen. Fig. 2 und 3 stellen insbesondere die Veränderungen in der Temperatur und den Spannungsverteilungen während des kurzen Zeitraumes dar, in dem das Glas schnell gekühlt wird, etwa durch das Auftreffen von Luft, und während dem Übergangsbedingungen in Betracht gezogen werden können.
Unter Hinweis auf Fig. 1A wird ein Abkühlzeitplan dargestellt, in dem das Glas von oberhalb des Abkühlbereiches auf eine Temperatur--TB.-innerhalb des Abkühlbereiches mit einer ersten Geschwin- digkeit--R-gekühlt wird. Danach wird die Oberfläche des Glases schnell während eines kurzen Zeit-
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desAbkühlbereichessteigt die Oberflächentemperatur sofort infolge des Fliessens von Wärme aus der Innenseite der
Glasplatte zur kühleren Oberfläche. Eine stabilisierte Temperatur-T-wird im Zeitpunkt-t -er- reicht.
Die Kühlgeschwindigkeit-R,'--kann hergestellt und bis zur unteren Grenze des Abkühlberei- ches weitergeführt werden, wie in gestrichelten Linien gezeigt, oder vorzugsweise kann die Kühlge- schwindigkeit-R.- hergestellt werden, die von einer solchen Grösse ist, die einen Wechsel zu einer erhöhten Geschwindigkeit --R4-- bei einer Temperatur-T-innerhalb des Kühlbereiches notwendig macht, um die Temperatur des Glases zur unteren Grenze des Abkühlbereiches in einer vorher bestimm- ten Abkühlzeit zu bringen.
Fig. 1B zeigt die Veränderungen im Temperaturabfall-AT-und die Kühlgeschwindigkeit--R- und Fig. 1C zeigt die augenblickliche Spannung in Ausdrücken der Mittelspannung-Ac--, was dem Abkühlzeitplan entspricht, der in Fig. 1A gezeigt ist. Die Teile in gestrichelten Linien entsprechen der Kühlung in gestrichelten Linien nach Fig. 1A.
Ein Vergleich der Spannungsdarstellung nach Fig. 1C mit den Darstellungen nach Fig. 1A und 1B zeigt an, dass keinerlei Spannung in dem Glas besteht, solange der normale Wärmeabfall und damit die Kühlgeschwindigkeit, die über dem Abkühlbereich festgelegt ist, konstant bleibt, wobei die Zeit ist, bei welcher die Temperatur des Glases die untere Grenze des Abkühlbereiches erreicht, und --ts-- die Zeit darstellt, bei der die abschliessende Abkühl- geschwindigkeit --R4--'wenn das Glas Raumtemperatur erreicht, vermindert wird. Die scharfe Erhöhung der Kühlgeschwindigkeit zum Zeitpunkt die beispielsweise durch das Auftreffen von Luft auf das Glas bewirkt wird, schafft eine entsprechende Spannung, die in der Richtung erhöhter Mittelkompression gezeigt ist (verringerte Mittelspannung).
Weil die Spannung in einer Zeitskala gezeigt ist, die die Übergangswirkungen der Temperatur und Spannungsverteilungen auf dem Glas zeigt, ist die bestehende Spannung nicht genau durch einen einzelnen Parameter gekennzeichnet, wie etwa die augenblicklich bestehende Mittelspannung-Ac--, was proportionale Spannungsveränderungen durch die gesamte Stärke der Platte darstellen würde. Dies ist besser verständlich, wenn Fig. 2 und 3 der Zeichnungen zu Rate gezogen werden.
Die gestrichelte Kurve-TTm--in Fig. 2A zeigt den Pfad der mittleren Temperatur dieses Teils der Kurve nach Fig. 1A zwischen den Zeiten--t und f2--. Graphische Darstellungen der Oberflächentemperaturen und Mittelpunkttemperaturen der Glasplatte werden durch die Kurven --Ts und Tc--in festen Linien gezeigt. Die Linien sind zunächst parallel geneigt und geben einen Temperaturabfall im Gleichgewicht an. Zum Zeitpunkt--t-wird das Glas, das mit einer Geschwindigkeit--R-gekühlt wird, schnell gekühlt, etwa durch Beaufschlagen der Oberflächen mit Luft während des kurzen Zeitintervalls von--t, bis tx--. Zum Zeitpunkt --t1-- wird die Oberflächentemperatur der Glasplatte schnell geringer, aber so lange wird die Temperatur in der Mitte der Platte nicht beeinflusst.
Ungefähr zum Zeit- punkt--tv beginnt die Temperatur in der Mitte der Platte mit hoher Geschwindigkeit geringer zu werden und wird weiterhin schnell bis zum Zeitpunkt geringer. Vom Zeitpunkt --tx-- zum Zeit- punkt erhöht sich die Oberflächentemperatur in der Grössenordnung von 1/2 der Grösse der Abnahme während eines schnellen Kühlens.
So wird zum Zeitpunkt ein Gleichgewichtszustand erreicht, der durch die parallelen Temperaturkurven der graphischen Darstellung mit einer Neigung gezeigt wird, die durch die Kühlungsbedingungen bestimmt wird, die die verringerte Kühlungsgeschwin- digkeit--R,--bewirken. Es muss darauf hingewiesen werden, dass die Kühlgeschwindigkeit-R,--bei einer Temperatur beginnt, die wesentlich von der Temperatur verschoben ist, bevor die Luft auf die Platte auftraf. Dies kann sehr wohl eine Grösse von ungefähr 150C sein.
Die graphische Darstellung nach Fig. 1C zeigt schematisch, dass diese Verringerung in der Temperatur nur auf Kosten der Grösse der
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Spannung erreicht werden konnte (angedeutet durch den Unterschied in den Spannungswerten von A und 13), die sich zwischen den Zeitpunkten-t und t--gelost hat.
Wie jedoch genauer in der ins einzelne gehenden Kurve der Fig. 2C gezeigt, kann die Spannungslösung wahrend eines sich verändernden Temperaturgradienten nicht tatsächlich von dem Wechsel in der Spannung getrennt werden, der durch Ausschalten des schnellen Kühltemperaturgradienten verursacht wird. Die Verringerung der Temperatur am Ausgangspunkt der Geschwindigkeit--Ri-- (Fig. 1A) verrin-
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geschwindigkeit zu einem mehr isothermen Zustand nach. Wahlweise gestattet, wenn die Neigung von nicht verringert wird, der untere Ursprungspunkt, dass das untere Niveau des Abkühlbereiches in einer kürzeren Abkühlzeit erreicht wird.
Fig. 3 der Zeichnungen zeigt schematisch die Wirkung der äusseren Kühlung auf seine ursprünglich isotherm ale Glasplatte und bei einer Temperatur innerhalb und in der Nähe der oberen Grenze des Abkuhlbereiches. Die Temperatur und die entsprechenden Spannungsverteilungen, die in festen Linien angegeben sind, zeigen Zustände zum Beginn des Überganges von einem isothermen Gradienten, der in punktierten Linien gezeigt ist, zum Gleichgewichtszustand, parabolische Verteilungen, die in gebrochener Linie gezeigt sind.
Weil das Ansprechen der Temperaturverteilungen innerhalb einer mässig starken Glasplatte zu einer Veränderung in ihrer thermischen Umgebung verhältnismässig schnell ist, ist die Zeit, die vom isothermischen Zustand durch das Beispiel eines Übergangsgradienten in vollen Linien zur gestrichelten Gleichgewichtszustandstemperatur und den gezeigten Spannungsverteilungen ziemlich kurz im Verhältnis zu der Zeit, die notwendig ist, um das Glas abzukühlen. Beispielsweise erreicht eine 3 mm starke Glasplatte ihre neue Gleichgewichtszustands-Temperaturverteilung innerhalb unge- fähr 2 sec und eine 6 mm-Platte in ungefähr 8 sec.
Die Temperaturverteilungskurve in vollen Linien in Fig. 3 zeigt an, dass die anfängliche Wirkung des äusseren Kühlens dahin geht, die Oberflächentem- peratur der Platte zu senken, ohne die Temperatur im Inneren der Platte zu beeinflussen. Dementspre- chend zeigt die in vollen Linien dargestellte Spannungsverteilungskurve, dass nur die gekühlten Oberflä- chenteile der Platte unter Spannung stehen. Dies trifft zu, weil bei der hohen Temperatur des Glases der mittige Teil der Platte noch zu flüssig ist, um eine Spannung zu haben. Daher bleibt die Gesamt- spannung in dem Glas niedrig, und es ist nur sehr wenig Spannungslösung vorhanden.
Wenn der Kühlungsgradient aufrechterhalten wird, erreicht die durch die Herstellung des Gradienten erzeugte Spannung ihr Gleichgewicht, und wegen der vergrösserten Bedeutung beginnt eine Lösung mit einer beträchtlichen Geschwindigkeit durch viskose Verlagerung des Glases.
Die Entspannung geht so lange weiter, als der Gradient aufrechterhalten wird, und die Temperatur des Glases bleibt innerhalb des Abkühlbereiches. Wenn jedoch das schnelle Kühlen auf eine geringere Geschwindigkeit verringert wird, bevor die Temperatur- und Spannungsverteilungen, die der vergrösserten Kühlungsgeschwindigkeit entsprechen, einen Gleichgewichtszustand erreichen, verschwindet die Spannung, die durch den Wechsel zu einem schnellen Kühlen verursacht wurde, als Ergebnis der Verringerung der Kühlgeschwindigkeit, bevor eine wesentliche Entspannung auftritt. Ein Teil der Spannung löst sich selbstverständlich sogar während dieses kurzen Zeitraumes.
Die Grösse ist jedoch gering, nicht nur wegen der kurzen Zeit, sondern auch weil die Geschwindigkeit der Spannungslösung niedrig gehalten wird infolge des niedrigen absoluten Spannungsniveaus in dem Glase, das sich aus der Unfähigkeit des weniger viskosen mittleren Teils der Platte ergibt, eine Spannung aufrechtzuerhalten. Es ist daher verständlich, dass das schnelle Kühlen für Zeiträume, die etwas geringer sind als diejenigen, die notwendig sind, um eine Festzustandverteilung durch die Dicke der Glasplatte zu erreichen, die Temperatur des Glases senkt, ohne eine wesentliche Menge permanenter Restspannung zu erzeugen.
Es wird wieder auf Fig. 1C hingewiesen, worin zur Vereinfachung die Durchschnittsspannungswerte durch die Glasstärke gegenüber Übergangsperioden von einer Kühlgeschwindigkeit zur andern abgetragen worden sind. Wie bereits vorher erwähnt und zu den gerade erläuterten Zwecken geben diese Teile der graphischen Darstellung nicht den Spannungswert an, wie er durch die Mittelspannung in der Platte gekennzeichnet ist, wie das die andern Teile der graphischen Darstellung tun. Als Ergebnis ist die Kurve teilweise etwas verzerrt, aber sie wird dennoch zu einem Verständnis der Veränderungen in der Spannung behilflich sein, die durch den Kühlzeitplan erzeugt wird.
Die Spannung, die bei Null für denjenigen Teil des Kühlzeitplans gezeigt ist, währenddessen der oberhalb des Abkühlbereiches festgelegte Gradient konstant bleibt, ändert sich vom Zeitpunkt-t-
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das Glas, selbst wenn es sich innerhalb des Abkühlbereiches befindet, nur eine ungenügende Zeit hat, um sich während des viskosen Fliessens eines wesentlichen Teils der induzierten Spannung zu entspannen. Die tatsächliche Grösse, die sich löst, ist schematisch durch den Unterschied in den Spannungs-
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--A- bestimmte, zu dem, der die Geschwindigkeit bestimmt, bewirkt eine Spannung in der Richtung. einer erhöhten Spannung in der Mitte des Glases.
Diese Veränderung entfernt die Grösse der Mittelkompressionsspannung, wie sie bei --B-- als in dem Glas im Zeitpunkt --tx-- bestehend angezeigt ist, wenn die Kühlgeschwindigkeit verringert wird, und infolge des Ausmasses der Verringerung der Kühlungsgeschwindigkeit von --1\ zu replus der Menge der Spannung, die sich von --A bis B-gelöst hat, erzeugt eine augenblicklich bestehende Mittenspannung von einer Grösse, die bei --C-- im Zeitpunkt angezeigt ist. So kann, wenn die graphischen Darstellungen IA und IC verglichen werden, ohne weiteres gesehen werden, dass der Temperaturabfall im Glas von --TB1 bis TB2 -- zu Lasten von nur der geringen Spannungsgrösse erreicht wurde, die sich vom Zeitpunkt--t'-'zum Zeitpunkt - t-entspannt hat.
Die tatsächlichen Spannungswerte an den Punkten-A, B und C-- zeigen nur zeitweilige Spannungen und haben keine Auswirkung auf die endgültige permanente Spannung in dem Glase mit Ausnahme bis zu dem Ausmasse, in dem sie sich durch das viskose Fliessen des Glases entspannen.
Die Spannung, die im Zeitpunkt existiert, wie bei --C-- für die ideale Kurve oder--C für die vereinfachte Kurve in gestrichelten Linien gezeigt, entspannt sich während der Anwendung der Kühlgeschwindigkeit --R3 oder Ru'-in einer Richtung, die die Mittenspannung in dem Glas verringert, bis, wie in gestrichelten Linien gezeigt, die Temperatur des Glases die untere Grenze des Abkühlberei-
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dienten hin abspielt, liegt die induzierte Spannung in der Richtung der verringerten Mittelspannung (erhöhte Mittelkompression) und, wie in der graphischen Darstellung in Fig. 1C gezeigt, verläuft jegliche Spannungslösung vom Zeitpunkt-t-in der Richtung einer erhöhten Mittelspannung und erhöht die restliche Spannung.
Die Grösse der Spannung, die sich löst, ist jedoch gering, weil die Temperatur des Glases verhältnismässig niedrig im Abkühlbereich ist (d. h. die Geschwindigkeit der Spannungslösung ist niedrig), und die erhöhte Geschwindigkeit des Kühlens, --R4--, senkt die Temperatur des Glases auf unter den Abkühlbereich sehr schnell und beschränkt dadurch die Zeit, während der die Spannung sich lösen kann, Wenn einmal die Temperatur des Glases die untere Grenze des Abkühlbereiches zum Zeit- punkt"'t'- erreicht, kann das Glas als ein elastisches Material angesehen werden, und die Verringerung von--AT--vom Zeitpunkt bei welchem die abschliessende konstante Kühlgeschwindigkeit vermindert wird und das Glas isothermische Raumtemperaturbedingungen anzunehmen beginnt,
bis zur Erreichung isothermischer Raumtemperaturzustände ergibt eine Erhöhung der Spannung, die die endgültige permanente Restspannung ist, die in dem Glas durch den thermischen Ablauf erzeugt wird. Diese Spannung ist gleichwertig der Spannung, die sich aus dem Kühlen des Glases durch den Abkühlbereich
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--1) -- ergebenTemperaturabfall von --TB1 zu T''"zu Lasten der erhöhten endgültigen Spannung infolge der Spannungslösungen zwischen den Zeiten --\ und t-gestattet, die Geschwindigkeit --;'-- in einemAus- mass zu verringern, das die nützliche Spannungslösung erhöht (in der Richtung einer verringerten Mittenspannung), um die kleine Erhöhung in der endgültigen Spannung mehr als auszugleichen, die durch die Spannungslösung zwischen den Zeiten --t1 und t2-- beigetragen wird.
Dies ist deswegen so, weil dem Glas keine Zeit gegeben wird, sich durch viskose Verschiebung der schnellen Abkühlgeschwindig- keit --1) -- anzupassen, und daher wird der Temperaturabfall, der sich aus dieser Abkühlgeschwindigkeit ergibt, erreicht ohne eine proportionelle Veränderung in der Spannungskurve.
Zusätzlich zu dem Abkühlzeitplan, wie er gerade beschrieben wurde, haben die Prinzipien dieses Aspektes der Erfindung einen vollständig neuen Abkühlungszeitplan möglich gemacht, der am besten im Zusammenhang mit Fig. 4 verständlich ist. Fig. 4 besteht aus drei graphischen Darstellungen, 4A, worin die Temperatur einer Glasplatte, die einem Abkühlverfahren in Übereinstimmung mit der Erfindung unterzogen wird, gegen die Zeit abgetragen ist, 4B, worin die Kühlgeschwindigkeiten --R-- und die Temperaturabfälle-AT-- zwischen der Mitte und der Oberfläche der Glasplatte gegen die Zeit abgetragen sind, und 4C, worin die augenblicklich bestehende Spannung in dem Glas in Ausdrücken der Spannung in der Mitte gegen die Zeit abgetragen ist.
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Wie in den graphischen Darstellungen der Fig. l ist die Zeitskala genügend gedehnt, um Übergangsansprechen von den Veränderungen in dem Kühlungszeitplan darzustellen. Aus diesem Grunde und wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert, zeigen diejenigen Teile der graphischen Darstellung, die den Übergangsveränderungen entsprechen, nicht genau den Wert des Parameters, der abgetragen ist, aber helfen trotzdem zum Verständnis des Abkühlzeitplans weiter.
Wie in Fig. 4A gezeigt, wird auf das Glas, das sich mit seiner natürlichen Kühlgeschwindigkeit --R,-- abkühlt, vom Zeitpunkt--tl--bis zum Zeitpunkt 'tx--ein Luftstrahl aufgeblasen, so dass es von einer Temperatur über dem Abkühlbereich auf eine Temperatur gekühlt wird, die hoch innerhalb
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"R,'"'inschwindigkeit --R3-- gekühlt, die wesentlich geringer ist als die normale Kühlgeschwindigkeit des Glases und sich in der Tat einem Halten des Glases auf einer konstanten Temperatur nähern kann. Dieser Schritt wird in dem gezeigten Beispiel innerhalb des Abkühlbereiches zweimal wiederholt ; d. h. das Glas wird schnell gekühlt, wie durch die Geschwindigkeit --R4-- angegeben, und dann sehr langsam mit
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tatsächliche Anzahl der verwendeten Schritte ist teilweise eine Angelegenheit praktischer Erwägungen.
Der primäre Faktor jedoch, der die Mindestanzahl von Schritten begrenzt, ist die Grenze des Temperaturabfalls, die innerhalb eines Zeitraums erreicht werden kann, der kurz genug ist, um eine Spannungslösung zu verhüten. Generell gesprochen bedeutet das eine Höchstzeit, die ungefähr 1/2mal so gross wie die Zeit ist, die es erfordert, einen Gleichgewichtszustandsgradienten in dem Glase herzustellen.
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Eine geringe Menge dieser Spannung löst sich sogar in dem kurzen Zeitzwischenraum zwischen den Zeiten--t und --. Diese Spannungslösung verläuft in der Richtung, die die endgültige Spannung er- höht. Wenn die schnelle Kühlgeschwindigkeit-R-zwischen den Zeitpunkten--ty und t -auf die Geschwindigkeit-R--geändert wird, wird eine Änderung in der augenblicklich bestehenden Spannung --E-- in der Richtung einer erhöhten Mittenspannung erzeugt, d. h.
von-E nach F--. Die Grösse der
Spannung --F--, die in dem Glas durch das Schaffen der Kühlgeschwindigkeit erzeugt wird, ist gleichwertig einer Änderung von der Geschwindigkeit --R3-- zur Geschwindigkeit --R5-- (was ideal überhaupt keine Änderung wäre, weil die Geschwindigkeiten -- und Rg-"'ungefähr gleich sind) plus der Grösse der Spannung, die sich zwischen den Zeiten -- und t,-gelöst hat.
Es ergibt sich dann aus Fig. 4A und 4C, dass die Temperatur des Glases durch einen wesentlichen
Teil des Abkühlbereiches während des kurzen Teils der Abkühlzeit zwischen den Zeitpunkten- und t--verringert worden ist, zu Lasten nur der geringen Erhöhung in der Spannung, wie bei --F-- ange- geben, gegenüber der, wie sie bei --C-- angegeben ist, und der Temperaturgradient, auf den sich das
Glas physikalisch einstellt, nähert sich immer noch isothermischen Raumtemperaturbedingungen. Ein oder mehr zusätzliche Schritte (Geschwindigkeiten-R-Rg-R--in den Zeiten-t--t-), wie sie gerade beschrieben wurden, werden unternommen, um die Temperatur des Glases durch den Abkühlbereich zu senken.
Selbstverständlich verringert sich die Geschwindigkeit, mit der die vorhandenen Spannungen sich lösen, mit jedem aufeinanderfolgenden Kühlungsschritt, weil die Temperatur des Glases abnimmt. Daher sollte die Grösse des Temperaturabfalls aufeinanderfolgender Kühlschritte leicht verringert werden, um die ungünstige Lösung der Spannung während schneller Kühlschritte zu verringern, wobei diese Entspannung, obwohl sie klein ist, nicht mehr so wirksam während der niedrigeren Kühlgeschwindigkeit verringert werden kann wie bei höheren Temperaturen.
In der Art, wie gerade vorstehend erläutert, schafft die Erfindung ein Verfahren zum Erreichen des grössten Teils des Gesamttemperaturabfalls durch den Abkühlbereich hindurch in einem sehr kleinen Teil der Abkühlzeit und mit nur sehr wenig gesamter ungünstiger Spannungslösung. Der grösste Teil der Abkühlzeit wird verwendet, um sofortigen Spannungen zu gestatten, sich auf einen Gradienten zu zu lösen, der sich sehr nahe isothermischen Bedingungen nähert. Im wesentlichen wurden schnelle Kühlschritte auf eine Grundkühlgeschwindigkeit überlagert, die sehr niedrig ist-und sich vorzugsweise einem isothermischen Zustand des Glases nähert-ohne einen wesentlichen Beitrag zur gesamten permanenten Spannung in dem Glas bei Gleichgewichtsbedingungen zu leisten, die charakteristisch für die Grundabkühlgeschwindigkeit sind.
Auf diese Art und Weise kann eine Glasplatte durch den Abkühlbereich mit einer Mindestmenge sich ergebender Spannung gekühlt werden, die für die entsprechende Zeit erreicht werden kann.
Es wird nun auf Fig. 5 hingewiesen, die ein Gerät zum Ziehen einer kontinuierlichen Glasbahn --16-- aus einem Schmelzbad --17-- darstellt. Bei einem üblichen Ziehgerät umschliessen eine Zugkammer --18--, die teilweise aus L-förmigen Blöcken --19-- gebildet ist, Ventilatorwasserkühler - und gekühlte Auffangschalen --24-- einen Bereich über dem Pfad und schaffen eine geeignete Umgebung für die Bildung der Glasbahn. Wärmeaustauscher, wie etwa die Kühler --22--, beschleunigen das Verfestigen oder "Erstarren" des Glases, wenn die Bahn aus dem Bad --17-- durch eine Serie von Zugwalzenpaaren --26-- herausgezogen und zu einer (nicht gezeigten) Schneidestation mehrere Etagen über dem Bad geleitet wird.
Das das Bad --17-- bildende geschmolzene Glas wird auf einer Temperatur von ungefähr 10000C gehalten, die sich für das Ziehverfahren eignet. Wenn die Bahn gebildet und in die Ziehkammer und in den Abkühlofen --30-- eingebracht ist, der denjenigen Teil der Glasbahn umschliesst, der sich innerhalb der Temperaturgrenzen des Glühbereiches befindet, wird sie zuerst von der hohen Badtemperatur durch die Kühler --22--, die Umgebungsluft innerhalb der Ziehkammer --18-- und die gekühlten Auf- nahmeschalen --24-- gekühlt. Auf diese Art und Weise wird das Glas auf eine Temperatur von ungefähr 6500C in dem Zeitpunkt gekühlt, in dem es die Ziehkammer verlässt.
Dieser Teil des Kühlzyklus findet über der oberen Temperaturgrenze des Abkühlbereiches des Glases statt und ist genauso wie übliche Verfahren und das Verfahren nach der Erfindung.
Fig. 6 zeigt schematisch die Oberflächentemperaturen von Bahnen verschiedener Stärken und mit identischen Mitteltemperaturen bezüglich ihrer Stellungen in der Ziehmaschine. Die Kurve in gestrichelten Linien zeigt die Temperaturverteilung einer Glasbahn, die in der bekannten Art und Weise gezogen ist, worin die Bahn sich mit einer natürlichen Geschwindigkeitscharakteristik der Ziehmaschine abkühlt. Eine Glasbahn, der es gestattet wird, sich in einer solchen im wesentlichen unkontrollierten Art und Weise abzukühlen, hat ein nicht annehmbares Niveau restlicher permanenter Spannung, und als
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Ergebnis ist das Glas schwierig zu schneiden.
Jeglicher Verlust von Glas durch Brechen bei Schneidoperationen ist selbstverständlich unerwünscht, und aus diesem Grunde ist es besonders wichtig, dass ein wirksamer Kühlplan aufgestellt wird, der sich mit den bestehenden Hejstellungsverfahren verträgt.
Ein grosser Anfangswärmeabfall in der Glasbahn, während sie aus der Ziehkammer herauskommt, um die Bahn schnell entlang einer anfänglichen Kühlgeschwindigkeit--R-zu kühlen, die grösser ist als die natürliche Kühlgeschwindigkeit von einer Temperatur über der oberen Grenze des Kühlbereiches zu einer Temperatur innerhalb des Glühbereiches, kann in der Art und Weise erreicht werden, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, durch Aufstellen von Wärmeaustauschern wie etwa Wasser kühlern --32-- auf jeder Seite der Glasbahn am Eingang des Abkühlelektroofens. Diese Kühler sind teilweise im wesentlichen parallel zur Ziehrichtung und vergrössern die Breite der Bahn quer zu dieser Richtung.
Sie erstrecken sich in der Ziehrichtung über eine genügende Strecke, um die Temperatur des Glases bis zu der richti- gen Bruchtemperatur zum richtigen Zeitpunkt zu senken, wie das für die Abkühlzeit des betreffenden
Verfahrens am besten ist. Während diese Strecke im wesentlichen die gleiche für verschiedene Glas- stärken ist, die auf der besonderen Maschine gezogen werden, wie das durch die Temperaturkurven der verschiedenen Bandstärken in Fig. 6 angezeigt wird, verändern sich bei verschiedenen Typen von Zieh- maschinen und mit verschiedenen, willkürlich gewählten Abkühlstrecken in den Maschinen. Vorzugs- weise ist der Endteil --32'-- der Kühler auf die Glasbahn zu geneigt, um zu verhüten, dass die benach- barten Heizelemente --34-- die Teile der Bahn beeinflussen, die noch in der Nähe der Kühler liegen.
Es werden Luftkrümmer --133-- neben dem innersten Teil eines jeden Kühlers --32-- angeordnet, und ihre Öffnungen sind so ausgerichtet, dass sie einen verhältnismässig schmalen Strom von Kühlluft gegen die benachbarte Oberfläche der Glasbahn über deren Breite leiten.
Wenn die Bahn an den Kühlern --32-- vorbeikommt, wird ihre Kühlgeschwindigkeit durch die Heizelemente --34-- und die Umhüllung --30-- beeinflusst, die die normale Abkühlungsgeschwindig- keit verzögern (in gestrichelten Linien in Fig. 6 gezeigt), u. zw. auf die verringerte, im wesentlichen konstante Geschwindigkeit Selbstverständlich ist von einem Herstellungsstandpunkt aus eine lineare Geschwindigkeit-R,-- vorteilhaft, da sie bequemer erreicht und wieder nachgebildet werden kann als nichtlineare Kühlgeschwindigkeiten.
Leichte Veränderungen in der Linearität dieser Geschwin- digkeit infolge der veränderlichen Lage von Maschinenelementen oder andern Gründen, wie etwa Irrtümern oder einer Ungenauigkeit in der Kontrolle, beeinflussen im allgemeinen die sich ergebende Abkühlung nicht in einem unannehmbaren Ausmass. Fehler in der anfänglichen Kühlgeschwindigkeit oder die Temperatur, mit der die Kühlgeschwindigkeiten verändert werden, haben eine ausgesprochenere Wirkung auf die sich ergebende Abkühlung und müssen zur Erreichung optimaler Ergebnisse sorgfältig kontrolliert werden.
Die Heizelemente --34-- sind über die Breite der Bahn in drei unabhängig gesteuerte Abschnitte unterteilt, wie in Fig. 5 gezeigt. Auf diese Art und Weise können sie so eingestellt werden, dass ein Ausgleich für die ungleichmässige Kühlung erfolgt, die oft über die Breite der Bahn auftritt, und die ganz besonders ausgesprochen an den Kanten ist. Es ist selbstverständlich möglich, durch Opfern einer gewissen Anpassungsfähigkeit der Steuerung lediglich den elektrischen Abkühlofen zu isolieren, um so das Kühlverfahren der Bahn zu verzögern und die verringerte Kühlgeschwindigkeit-R -festzulegen.
Am oberen oder Ausgangsteil der elektrischen Heizvorrichtung nach Fig. 5 sind Kühler --36-- auf jeder Seite der Bahn angeordnet. Diese Kühler liegen im wesentlichen parallel zur Bahn und erstrecken sich über deren Breite quer zur Ziehrichtung. Auf diese Art und Weise kann die gewünschte beschleunigte Endgeschwindigkeit des Kühlens des Glases bewirkt werden, um die Temperatur von einem Punkt innerhalb des Abkühlbereiches zu einer Temperatur unter dem Abkühlbereich zu senken. Wahlweise und wie in Fig. 6 dargestellt, können Türen --37-- in den Seiten der Maschinen an diesem Punkt ge- öffnet werden, um eine Erhöhung der Kühlgeschwindigkeit zu erreichen.
Wenn diese Kühler oder Öffnungen verwendet werden, um die bevorzugten Kurven der Art zu schaffen, wie sie in der graphischen Darstellung nach Fig. 6 gezeigt sind, kann eine annehmbare Abkühlung erreicht werden durch Weglassen des Kühlens an dieser Stelle und durch Bewirken nur eines einzigen Bruches in der Abkühlkurve.
Diese Krümmer sollten sich, wie Fig. 6 zeigt, über die Glasbahn über mindestens 900 deren Breite erstrecken, um eine annehmbare gleichmässige Spannungsverteilung quer über die Bahn sicherzustellen. Die Stellung gegenüber der Ziehmaschine, bei der das Glas einem schnellen Abschrecken durch Luft oder ein anderes gasförmiges Kühlungsmittel ausgesetzt wird, bleibt konstant unabhängig von der Glasstärke. Dies ist möglich trotz der langsameren Ziehgeschwindigkeiten, wie sie für dickere Bahnen benutzt werden, wegen der längeren Zeit, die notwendig ist, um dickeres Glas zu kühlen. Während so die Zeitskala der Abkühlkurven für verschiedene Glasstärken sich für jede beliebige feste Strecke auf der
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Maschine ändert, bleibt die Stellung der Temperaturveränderungen im wesentlichen konstant.
Während die Strecke für das Abkühlen als eine Konstante angesehen werden kann, unabhängig von der Glasstärke auf irgendeiner besonderen Maschine, schwankt selbstverständlich diese Strecke auf verschiedenen Typen von Ziehmaschinen und mit verschiedenen willkürlich gewählten Abkühlzeiten.
Fig. 7 zeigt ein geeignetes Zufuhrsystem für ein Paar Luftkrümmer --133-- zur Verwendung beider Erfindung. Wo mehr als ein Paar Krümmer erwünscht ist, wie bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung, die noch beschrieben werden wird, werden Mehrfachanordnungen der in Fig. 7 gezeigten Art verwendet und können parallel zu einer gemeinsamen Luftzufuhr verwendet werden, oder sie können wahlweise die getrennten Luftzufuhren benutzen.
Wie in Fig. 7 gezeigt, erhält das Paar Krümmer --133-- Luft von einer gemeinsamen Luftzufuhr - ISO-. Die Luft wird zuerst von der Luftquelle durch eine gemeinsame Luftleitung --141-- geführt, die mit einem Filter --152--, einem Druckregler-154-, einem Schieberventil --156-- und einem Manometer-158-- versehen ist. Zwei Hauptzufuhrleitungen --159 und 160-- verteilen den Luftstrom von der Hauptluftleitung --151--, um jedem Krümmer einen gleichen Luftdruck zuzuführen. Wie klarer in Fig. 8 der Zeichnungen dargestellt ist, sind die Krümmer in drei Abschnitte unterteilt wie etwa durch Luftabsperrungen --162 und 164--.
Die Abschnittszuleitungen --165, 167 und 169-- beliefern die Einzelabschnitte eines der Krümmer von der Hauptzuleitung --159-" und die Abschnittszuleitungen --166, 168 und 170-- versorgen die Abschnitte des andern Krümmers des Paares von der Hauptzufuhrleitung --160-- aus. Jede Abschnittszufuhrleitung umfasst einen Absperrhahn --172--, ein Nadelventil --174-- zur feinen Einstellung des Luftstroms und einen Manometer --176-- und gestattet, den Luftstrom und daher das Kühlen über die Bereiche der Bahn zu verändern. Die beiden Endabschnitte jedes Krümmers werden durch eine Öffnung an jedem Ende des Rohres gespeist. Der Mittelabschnitt wird durch eine Mittelanzapfung --177-- in der Mitte des Rohres gespeist.
Ein Abweiselement --178-- ist in dem Rohr eingebracht und liegt direkt gegenüber der Öffnung der mittleren Anzapfung, um zu verhüten, dass die in das Rohr eindringende Luft direkt durch die Auslasslöcher --146-- ausströmt, die in Ausrichtung mit der Einlassöffnung stehen.
Wie in Fig. 8 und 9 gezeigt, sind Auslasslöcher --146-- in nahem Abstand aneinander angeordnet und erstrecken sich entlang der Länge dieses Teiles eines jeden Krümmers, der der Glasbahn gegenüberliegt. Die Krümmer sind vorzugsweise um ihre Längsachse so eingestellt, dass sie den Luftstrom aus den Auslassöffnungen --146-- mit einem Winkel von ungefähr 200 aus der Waagrechten auf die Glasbahn aufwärts richten. Vorzugsweise stehen die Krümmer in einem Abstand von ungefähr 75 mm von den Hauptoberflächen des Glases.
Das Nachstehende ist ein lediglich illustrierendes Beispiel einer bevorzugten Art der Herstellung von Tafelglas unter Verwendung der Erfindung, um eine niedrige Spannung im Enderzeugnis zu erzielen :
Eine Glasbahn von etwa 250cm Breite und einer Stärke von 5 mm wird kontinuierlich geformt, indem sie mechanisch aus einem teilweise umschlossenen Bad von geschmolzenem Glas gezogen wird, das auf einer Temperatur von ungefähr 10000C gehalten wird und aus folgenden Bestandteilen besteht :
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<tb>
<tb> 8iOz <SEP> 71, <SEP> 38 <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP>
<tb> Na2O <SEP> 12, <SEP> 79 <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP>
<tb> CaO <SEP> 9, <SEP> 67 <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 4, <SEP> 33 <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP>
<tb> Na2SO4 <SEP> 0, <SEP> 75 <SEP> Gew.-%
<tb> NaCl <SEP> 0, <SEP> gel. <SEP> -% <SEP>
<tb> Fe2O3 <SEP> 0. <SEP> 15 <SEP> Gew.-%
<tb> Al2O3 <SEP> 0, <SEP> 81 <SEP> Gew.-%
<tb>
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wird, die auf den bereits ausgebildeten Teil der Bahn einwirken, verläuft zunächst zwischen einem Paar senkrecht angeordneter Wärmeaustauscher innerhalb der Ziehkammer, die Wärme aus der Bahn und der Ziehkammer mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 8640 britischen Wärmeeinheiten je Minute ableiten.
Zusätzlich leiten die Ventilatorkühler, die teilweise die Ziehkammer bilden, Hitze von der Bahn und der Ziehkammer mit einer Geschwindigkeit von 495 kcal je Minute ab. Während die Bahn aufwärts verläuft und der in Betracht gezogene Teil der Bahn die Ziehkammer verlässt, leiten Fangwannenkühler auf jeder Seite der Bahn am Ausgangsende der Ziehkammer Wärme von der Bahn und der Ziehkammer
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mit einer Geschwindigkeit von 3180 kcal je Minute ab. Auf diese Art und Weise wird die Temperatur der Glasbahn auf ungefähr 635 C abgekühlt, wenn sie die Ziehkammer verlässt.
Ein weiteres Paar Kühler, ein Kühler auf jeder Seite der Bahn und gerade über der Ziehkammer innerhalb des eingeschlossenen Teils der Ziehmaschine, entziehen der Bahn Hitze mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 300 kcal je Minute durch einen kontinuierlichen Strom Wasser, der durch die Kühler quer zu der Bewegung der Bahn verläuft, um die Temperatur der Bahn mit einer im wesentlichen konstanten und erhöhten Geschwindigkeit gegenüber der normalen Abkühlgeschwindigkeit von 635 auf 570 C gemessener Oberflächentemperatur in ungefähr 33 sec von dem Zeitpunkt an zu kühlen, in dem die Bahn in dem eingeschlossenen Teil der Maschine oberhalb der Ziehkammer eintritt.
An diesem Punkt wird Luft auf die Glasbalm auf jeder ihrer Seiten in Form eines Streifens aufgeleitet, der ungefähr 25 bis 50 mm breit ist u. zw. über die gesamte Breite der Bahn.
Die Luft wird von einem Paar von Krümmern zugeführt, einer auf jeder Seite der Bahn ungefähr 75 mm von jeder Seite der Bahnoberflächen und quer über deren Breite quer zur Bewegungsrichtung der Bahn. Jeder Krümmer besteht aus einem 229 cm langen rostfreien Stahlrohr von einem Innendurchmesser von 38 mm und ist in drei 75 cm lange Abschnitte entlang seiner Länge aufgeteilt. 300 und
37 Auslasslöcher von ungefähr 2, 5 mm Durchmesser, deren Mittelpunkte in einem Abstand von etwa
6 mm voneinander liegen, sind in einer geraden Linie entlang der Längsachse des den Krümmer bil- denden Rohres angeordnet. Die Auslasslöcher sind so eingestellt, dass sie den Luftstrom aufwärts in Rich- tung der Bandbewegung ungefähr 200 von der Waagrechten lenken.
Luft wird jedem Krümmer mit einer
Temperatur von ungefähr 300C und einer Fliessmenge von ungefähr 5. 9 m3/min bei ungefähr 0, 7031 kg/ cm Manometerdruck zugeführt, und durch das Richten dieses Luftstroms auf die Oberflächen der Glas- bahn wird daraus Wärme mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1640 kcal jeMinute abgeleitet, so dass die Temperatur der Bahn von ungefähr 570 auf 5550C in ungefähr 3 sec gesenkt wird. Für die nächsten ungefähr 68 sec wird die Kühlung der Bahn von ihrer natürlichen Abkühlgeschwindigkeit durch Isolation und Heizelemente verzögert, die innerhalb des eingeschlossenen Teils der Ziehmaschine angeordnet sind, und in dieser Zeit wird die Bahn auf eine Temperatur von ungefähr 5400C gekühlt.
Zu diesem Zwecke sind die Heizelemente in drei senkrechte Zonen unterteilt, wie in Fig. 5 der
Zeichnungen gezeigt.
Elektrische Kraft wird in einer Grösse von 400 W der ersten Zone zugeführt, 300 zur zweiten und
200 W zur dritten, um die Kühlgeschwindigkeit der Bahn zu verzögern. In den nächsten ungefähr 20 sec wird die Kühlgeschwindigkeit der Bahn über die natürliche Kühlgeschwindigkeit durch Öffnen der Seiten der Maschine erhöht, so dass die Temperatur der Bahn auf ungefähr 5050C gesenkt wird. Der Abkühlbereich des Glases wird für dieses Beispiel zwischen ungefähr 600 bis 5200C Durchschnittstemperatur genommen. Dies entspricht einem Bereich der Oberflächentemperatur des Glases von ungefähr 588 bis 5050C. Die Bahn wird durch diesen Temperaturbereich in ungefähr 100 sec gekühlt.
Nachdem die Temperatur der Bahn die untere Grenze des Abkühlbereiches erreicht, wird die Bahn mit einer natürlichen Geschwindigkeit kühlen gelassen, während sie zu derSchneidestation ungefähr 4, 5 m über dem ummantelten Teil der Ziehmaschine geführt wird, und an diesem Punkt hat die Bahn eine Temperatur von ungefähr 900C und wird in Platten entsprechender Länge geschnitten. Die zentrale Birefringenz des auf diese Art und Weise abgekühlten Glases, wie durch die Pfaddifferenz angedeutet, die zwischen zwei planpolarisierten Lichtstrahlen gebildet wird, die durch das Glas verlaufen, gemessen in der bereits erläuterten Art und Weise, beträgt ungefähr 40 bis 43 mp/cm.
Als Vergleich haben ähnliche Glasbahnen, die durch die gleiche Maschine gezogen werden, aber denen eine natürliche Abkühlung gestattet wird (d. h. ohne die Verwendung von Wasserkühler, Luftkrümmern und Erhitzern über der Ziehkammer) Endspannungen im Bereich von 85 bis 100 mli/cm.
Unter verschiedenen Arbeitsbedingungen können selbstverständlich der beobachtete Abkühlbereich und die Bruchtemperatur weit von den Temperaturen der Beispiele verschieden sein, die nur zu Illustrationszwecken verwendet werden, zurückzuführen sowohl auf Maschinen-und Betriebsfaktoren, als auch auf Veränderungen in der Abkühlzeit. Die primäre Verwendbarkeit der dargestellten Abkühlzeitpläne bezieht sich vom industriellen Standpunkt aus auf Verfahren, bei denen die für das Abkühlen zur Verfügung stehende Zeit geringer ist als 10 min und üblicherweise 1/2 bis zu 5 min.
Bezüglich der Glasziehmaschinen muss ganz besonders darauf hingewiesen werden, dass keine zwei Maschinen identisch sind und die geringen Unterschiede in der Umgebung, Maschinenstellung im Verhältnis zum Schmelztank usw., eine ausgesprochene Auswirkung auf die Arbeitsweise einer jeden Maschine haben.
1m allgemeinen wird angenommen, dass zur besten Verringerung der restlichen permanenten Spannung, wenn nur ein Paar von Luftkrümmern verwendet wird, wie bei der ersten Ausführungsform der Er-
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beträgt).
Auf Soda-Kalk-Kieselerdeglas der Stärke und Art, wie in dem Beispiel erwähnt, und zu den darin in Betracht gezogenen Abkühlzeiten entspricht dies zwischen ungefähr 580 und 545 C. Die Temperatur des Glases sollte schnell ungefähr 5 bis 250C gesenkt werden. Die Temperatur der Luft oder eines andern gasförmigen Mediums, solange sie niedriger ist als die Temperatur des Glases, ist eine kontinuierliche
Veränderliche unter der Voraussetzung, dass die Menge des verwendeten Gases ebenfalls verändert wird, um die Wärmeextrahierung auf einem Niveau zu halten, das das Erreichen der geforderten schnellen
Kühlung gestattet.
Von einem praktischen Standpunkt aus wird angenommen, dass die Temperatur der
Luft oder eines andern gasförmigen Mediums, das den Krümmern zugeführt wird, zwischen 65 und 5 C liegen sollte. Die Zeitdauer der schnellen Kühlgeschwindigkeit sollte in einer Grössenordnung von ein halb der notwendigen Zeit liegen, um einen Gradienten gleichmässiger Art durch die gesamte Glasstärke herzustellen, und in jedem Falle nicht mehr als ungefähr 5 sec, so dass eine wesentliche Spannungslösung verhütet wird. Diese Kühlgeschwindigkeit sollte verhältnismässig gross sein und einen Abfall von nicht weniger als ungefähr fC/sec und nicht mehr als ungefähr 250C/sec haben, und üblicherweise liegt dieser Wert zwischen 5 und 100C/sec.
Diese Neigung ist der Unterschied zwischen der Gleichgewichtstemperatur des Glases beim Beginn des schnellen Kühlens und der Gleichgewichtstemperatur sofort nach dem schnellen Kühlen, dividiert durch den Zeitraum. Wenn die verringerte Kühlgeschwindigkeit, die auf das schnelle Kühlen durch das Medium folgt, zu einer erhöhten Endkühlgeschwindigkeit verändert werden soll, sollte diese Veränderung in der Geschwindigkeit mit der gleichen oder mit einer niedrigeren Temperatur erfolgen als der Temperatur des Glases nach dem Abschrecken durch Luft und zwischen 40 und 90% des Abkühlbereiches. Für Soda-Kalk-Kieselerdeglas entspricht dies zwischen 560 und 5150C. Die Durchschnittsneigung der verringerten Kühlgeschwindigkeit sollte nicht über 0, 650C für 1% der Gesamtheit des Abkühlens hinausgehen (z.
B. wenn der Temperaturabfall während der verringerten Kühlgeschwindigkeit-R-- nach Fig. 6 150C ist und die Zeit, während der das Glas durch diesen Temperaturabfall gekühlt wird, 68 sec von einer Gesamtabkühlzeit von 100 sec beträgt-d. h. 68%-, dann ist der Durchschnittstemperaturabfall 0, 22 C für 1% der gesamten Abkühlzeit).
Fig. 10 zeigt eine Ziehmaschine, die in Übereinstimmung mit der Erfindung abgewandelt ist, um die dreistufige Abkühlkurve zu erzeugen, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. Das Grundziehgerät ist im wesentlichen das gleiche wie in Fig. 5 gezeigt. So wird eine Ziehkammer --280-- teilweise durch L-Blök- ke-290-gebildet. Ventilatorwasserkühler-300-und gekühlte Auffangschalen-340-, und sie umschliesst einen Bereich über dem geschmolzenen Bad --270--, um eine geeignete Umgebung für die Bildung der Bahn zu schaffen. Wasserkühler --320-- beschleunigen die Verfestigung des Glases, während die Bahn aus dem Bad --270-- durch die Serie von Ziehwalzenpaaren-360-herausgeführt und zu einer (nicht gezeigten) Schneidestation mehrere Stockwerke über dem Bad geführt wird.
Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 5 tritt das Glas in den Abkühlelektroofen-400-ein, der denjenigen Teil der Bahn umschliesst, der sich innerhalb der Temperaturgrenzen des Abkühlbereiches befindet, u. zw. mit einer Temperatur von ungefähr 6350C.
Fig. 11 zeigt schematisch die Oberflächentemperaturen von drei verschiedenen Stärken von Glasbahnen, die identische Durchschnittstemperaturen haben, im Verhältnis zu ihrer Lage in der Ziehmaschine. Die Kurve in gestrichelter Linie zeigt die Temperaturverteilung einer Glasbahn, die in der bekannten Art und Weise gezogen ist, wobei die Bahn sich mit einer natürlichen Geschwindigkeit abkühlt, während sie durch die Maschine gezogen wird.
Die Kühlungskurven, die durch die voll ausgezogenen Linien in Fig. 11 gezeigt sind, werden erzielt durch Verändern der natürlichen Kühlgeschwindigkeit durch Aufleiten von Luft auf die beiden Hauptoberflächen der Bahn bei einer Vielzahl im Abstand voneinander liegender Stellungen über die Breite der Bahn. Wie in der graphischen Darstellung gezeigt, nähert sich die Temperatur der Bahn der oberen Grenze des Abkühlbereiches entlang einer Temperaturkurve, die sich der natürlichen Kühlkurve nähert.
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treffen von Luft oder einem andern gasförmigen Kühlmedium, das von den Öffnungen in den Krümmern herausströmt, die den Luftstrom in einem schmalen Pfad über die Breite der sich bewegenden Bahn leiten.
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Die normale Bahnbewegung entfernt den Teil des Glases, der abgeschrägt wurde, aus dem Strom des Kühlmediums, bevor die Spannung, die durch den Wechsel der Kühlgeschwindjgkeiten induziert wurde, sich wesentlich löst. Die Zeitdauer dieses schnellen Kühlens im Verhältnis zu jedem beliebigen Punkt oder Linie quer über die Breite der Bahn schwankt mit der Ziehgeschwindigkeit, liegt aber im allgemeinen in der Grössenordnung von 1 bis 3 sec. Weil es mehr Zeit erfordert, einen Gradienten durch eine dickere Bahn zu erzielen, hat die längere Zeit des Auftreffens der Luft infolge der langsameren Ziehgeschwindigkeit keine ungünstige Auswirkung und ist in der Tat ein Ausgleichsfaktor, der den gleichen Krümmeraufbau gestattet und dadurch die Breite des Luftbandes für alle Standardbahnstärken benutzt werden kann.
Die aufeinanderfolgenden Paare von Krümmern --145, 147 und 149-- sind so gebaut und werden so mit Luft oder einem andern gasförmigen Medium gespeist, wie das im Zusammenhang mit den Krüm- mern --133-- erläutert und in Fig. 7 bis 9 gezeigt wurde. Sie stehen in einem Abstand von der Ummantelung der elektrischen Heizvorrichtung und werden von dieser gehalten, etwa durch Tragarme --144-oder andere geeignete Befestigungen.
Zwischen einem ersten Paar von Krümmern --145-- und dem zweiten Paar-147-- wird die Kühl-
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--148-- verzögert,--400- zwischen einem zweiten Paar Krümmer-147-und einem dritten Paar-148-isoliert, genauso wie der restliche Teil der Ummantelung nach dem dritten Paar der Krümmer. Auf diese Art und Weise können aufeinanderfolgende Stufen in der Kühlkurve erzielt werden, wie in Fig. 11 gezeigt. Selbstverständlich können Heizelemente wie die, die in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 5 gezeigt sind, verwendet werden, wenn eine zusätzliche Elastizität der Steuerung erwünscht ist.
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der Veränderung der Zeit für Bahnen verschiedener Stärken zum Durchlaufen dieser Strecke.
Wenn Teile der Bahn die Umhüllung verlassen, ist die Kühlgeschwindigkeit nicht mehr kritisch vom Standpunkt der verbleibenden permanenten Spannung und die Bahn kann sich danach natürlich abkühlen.
Nachstehend wird ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der Herstellung von Tafelglas beschrieben, unter Benutzung der Ausführungsform der Erfindung, worin drei Paare von Luftkrümmern eine dreistufige Abkühlkurve schaffen, um eine niedrige Restspannung im Enderzeugnis zu erzielen.
Eine Glasbahn von den gleichen Abmessungen und Zusammensetzungen wie in dem vorstehend beschriebenen Beispiel der Erfindung wird in der gleichen Art und Weise behandelt, um auf ungefähr 6350C verringert zu werden, wenn die Bahn die Ziehkammer verlässt. Die Bahn kühlt sich mit ungefähr einer natürlichen Geschwindigkeit auf eine Temperatur von ungefähr 5900C gemessener Oberflächentemperatur in den ersten ungefähr 28 sec von dem Zeitpunkt an ab, in dem die Bahn in den ummantelten Teil der Ziehmaschine über der Ziehkammer eintritt. An diesem Punkt wird Luft auf die Glasbahn auf jeder Seite in der Form eines 25 bis 50 mm breiten Streifens quer über die Breite der Bahn geleitet.
Die Luft wird von einem Paar Krümmern geliefert, einer auf jeder Seite der Bahn ungefähr 75 mm von jeder Seite der Bahnoberflächen und quer über die Breite der Bahn und quer zu ihrer Bewegungsrichtung. Jeder Krümmer der ersten und der folgenden Paare von Krümmern besteht aus einem 229 cm langen rostfreien Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von 38 mm und ist in drei 750 mm-Abschnitte entlang seiner Länge unterteilt. 337 Auslasslöcher von ungefähr 2,5 mm Durchmesser und in einem Abstand von Mitte zu Mitte Loch von 6 mm sind in einer geraden Linie entlang der Längsachse des den Krümmer bildenden Rohres angeordnet. Die Auslasslöcher sind so eingerichtet, dass sie den Strom der Luft aufwärts in Richtung auf die Bahnbewegung mit ungefähr 200 aus der Waagrechten richten.
Die Luft wird dem ersten Paar der Krümmer mit einer Temperatur von ungefähr 300C und mit einer Strömungmenge von ungefähr 3 bis 3,7 m3 Imin bei ungefähr 0,7 kg/cm Manometerdruck zugeleitet. Durch das Auftreffen der Luft auf die Oberflächen der Glasbahn wird daraus Wärme mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 470 kcal je Minute abgeleitet, um die Temperatur der Bahn von ungefähr 590 auf 5720C in ungefähr 3 sec zu senken. Während der nächsten ungefähr 22 sec wird die Kühlung der Bahn von ihrer natürlichen Kühlgeschwindigkeit durch Isolierung innerhalb des eingeschlossenen Teils der Ziehmaschine verzögert und erreicht eine Temperatur von 564 C.
In den nächsten ungefähr 3 sec wird das Band wieder gekühlt, indem Luft aus einem zweiten Paar Krümmer der gleichen Bauweise wie des ersten Paares aufgeströmt wird. Die Luft wird diesem Paar mit einer Temperatur von ungefähr 300C und einer Strömungsmenge von ungefähr 2,8 bis 3,3 m3/min bei ungefähr 0,703 kg/cm2 Manometerdruck zugeleitet.
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Das Auftreffen dieser Luft auf die Oberflächen der Glasbahn entzieht dieser Wärme mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 445 kcal je Minute, so dass die Temperatur der Bahn von ungefähr 564 auf 5480C gesenkt wird. Während der nächsten ungefähr 22 sec wird die Kühlung der Bahn wieder von ihrer natürlichen Kühlgeschwindigkeit durch Isolation innerhalb der Ziehmaschine verzögert, und in diesem Zeitpunkt kühlt sich die Bahn auf eine Temperatur von 5400C. In den nächsten ungefähr 3 sec wird die Bahn wieder durch Auftreffen von Luft in der gleichen Art und Weise gekühlt wie bei den vorangegangenen beiden Stufen, aber mit einer Zuleitungsmenge von 2, 4 bis 2, 7 m3/min und einer Abführung von Wärme mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1100 kcal je Minute.
Auf diese Art und Weise wird die Temperatur auf 5300C gesenkt und die Kühlgeschwindigkeit wird danach während ungefähr der nächsten 47 sec verzögert, und in diesem Zeitpunkt beträgt die Temperatur der Bahn 5050C und verläuft durch die untere Grenze des Abkühlbereiches. Der Abkühlbereich des Glases für dieses Beispiel beträgt in Durchschnittstemperatur ausgedrückt 600 bis 520 C. Dies entspricht einem Bereich in Oberflächentemperatur des Glases ausgedrückt von ungefähr 588 bis 505 C. Die Bahn wird durch diesen'Temperaturbe- reich in ungefähr 100 sec gekühlt.
Nachdem die Temperatur der Bahn die untere Grenze des Abkühlbereiches erreicht, wird die Bahn mit einer natürlichen Geschwindigkeit abkühlen gelassen, während sie zur Abschneidestation geführt wird, ungefähr 4,50 m über dem eingeschlossenen Teil der Ziehmaschine, an welchem Punkt sie eine Temperatur von ungefähr 900C hat, und wird dann in vernünftige Platten geschnitten. Die zentrale Doppelbrechung einer 5 mm starken Glasplatte, die auf diese Art und Weise abgekühlt wurde, wie durch den Pfadunterschied gezeigt, der zwischen zwei plan-polarisierten
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Es wird im allgemeinen angenommen, dass mindestens zwei schnelle Kühlstufen benutzt werden sollten, um die Temperatur des Glases durch den Abkühlbereich zu senken in Übereinstimmung mit einem Abkühlzeitplan nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung, und dass die Temperatur der Kühlluft oder eines andern neutralen Gasstroms zwischen ungefähr 5 und 65 C liegen sollte. Diese Kühlgeschwindigkeit eines jeden Schnellkühlungsschrittes sollte verhältnismässig gross sein und wie bei der ersten Ausführungsform eine Neigung von nicht weniger als ungefähr 2 C/sec und vorzugsweise zwischen 5 und 10 C/sec haben, und im allgemeinen nicht grösser als 25 C/sec.
Wie bei der ersten Ausführungsform sollte der Temperaturabfall von dieser Kühlung zwischen ungefähr 5 und 250C liegen. Die Zeit zwischen jeder schnellen Kühlstufe sollte mindestens ungefähr 5mal. so lang sein wie die schnelle Kühlstufe selbst, um ein angemessenes Entspannen jeglicher Spannung zu gestatten, die bei der Wegnahme der schnellen Kühlgeschwindigkeit als ein Ergebnis des viskosen Flie- ssens während dieses Schnellkühlens auftritt. Die Kühlgeschwindigkeiten in den Zwischenräumen zwischen den schnellen Kühlstufen sollten verhältnismässig niedrig sein, um sich dem isothermischen Zustand im Glase zu nähern, und in jedem Falle sollte die Durchschnittsneigung dieser Kühlgeschwindigkeiten nicht über ungefähr 0, 60C je 1% der gesamten Abkühlzeit hinausgehen.
Die Zeitdauer der schnellen Kühlgeschwindigkeiten sollte in der Grössenordnung von ein halb der Zeit sein, die notwendig ist, um einen Gradienten stetiger Art durch die Glasstärke zu erreichen, und in jedem Falle nicht mehr als ungefähr 5 sec, um eine wesentliche Spannungslösung zu verhindern.
Die Erfindung kann auch bei waagrechten Abkühlverfahren angewendet werden, ähnlich denjenigen der vorerwähnten österr. Patentschrift Nr. 261837.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Abkühlen von Glas, z. B. eines aus einer Glasschmelze gezogenen Glasbandes, indem das Glas durch seinen Abkühlbereich in einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Kühlstufen, von denen mindestens eine eine von den andern Kühlstufen differierende Kühlgeschwindigkeit aufweist, ge- steuert gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlgeschwindigkeit, während sich das Glas auf einer Temperatur oberhalb der unteren Grenze seines Abkühlbereiches befindet, für eine so kurze Zeit, dass keine wesentliche Lösung der durch den viskosen Fluss erzeugten Spannungen auftreten kann, erhöht und sodann, während sich das Glas auf einer Temperatur innerhalb seines Abkühlbereiches befindet, rasch gesenkt wird,
wobei die dem schnellen Kühlschritt innerhalb des Abkühlbereiches vorangehende durchschnittliche Kühlgeschwindigkeit gleich oder grösser als die dem schnellen Kühlschritt folgende durchschnittliche Kühlgeschwindigkeit ist.