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flussung der Temperatur von Werkzeugen glasverarbeitender Maschinen.
Bei der Herstellung von Glas, insbesondere Hohlgläsern, wie z. B. Flaschen, Konservengläsern, Glasbausteinen und Fernsehröhren, ist der kontrollierte und schnelle Wärmetransport von ausserordentlicher Bedeutung.
Insbesondere besteht die Forderung, die Werkzeuge der glasverarbeitenden Maschinen in einem für den Betrieb günstigen Temperaturbereich zu halten. Das bedeutet, dass die durch das heisse Glas an das Werkzeug abgegebene Wärme möglichst regelbar wieder aus dem Werkzeug abgeführt werden muss.
Der optimale Temperaturbereich für die Werkzeuge liegt im allgemeinen dicht unterhalb der sogenannten Klebetemperatur, die zum Kleben des Glases an dem Werkzeug und damit zu Ausschuss bzw. Beschädigungen des Glasgegenstandes führt und daher vermieden werden muss. Sinkt dagegen die Betriebstemperatur der Werkzeuge unterhalb den optimalen Temperaturbereich, führt dies ebenfalls zu Qualitätsminderungen bei dem Glasgegenstand. Die Glasoberfläche kann in diesem Fall ein"gehämmertes", optisch ungünstiges und rauhes Aussehen annehmen.
Die bisherigen Anstrengungen zur Einhaltung des optimalen Temperaturbereiches beim Betrieb der Werkzeuge glasverarbeitender Maschinen haben nicht zu dem gewünschtenErfolg geführt. ZurKühlung der Werkzeuge ist bisher hauptsächlich Luft verwendet worden, die dem Werkzeug z. B. durch Luftdüsen zugeführt wird, welche durch leistungsfähige Gebläse versorgt werden. Eine Regelung dieser bekannten Luftkühlung geschieht allenfalls von Hand. Zur Erhöhung der Kühlwirkung hat man z. B. bekannte Formen mit Kühlrippen versehen. Durch die Gestaltung der Rippen und durch zusätzliche Luftleitbleche hat man an den Formen örtlich unterschiedliche Kühlwirkungen erzielt.
Es ist ferner bekannt, Pressstempel durch einen in seinem Innenraum angeordneten Luftdüsenkörper zu kühlen ; diese Art der Kühlung ist insbesondere bei der Herstellung von Enghalshohlkörpern äusserst kritisch.
Die Einhaltung des optimalen Betriebstemperaturbereiches ist mit den bekannten Lösungsvorschlägen nicht mit der nötigen Sicherheit unter allen Betriebsbedingungen möglich.
Neben dieser Einhaltung des optimalen Betriebstemperaturbereiches besteht bezüglich der Werkzeuge weiterhin die Forderung nach weitgehender thermischer Homogenität dermitdem Glas inBerührung tretenden Werkzeugfläche. Örtlich ungleiche Temperaturen in dieser Fläche wirken sich sehr ungünstig auf das Produktionsergebnis aus. Dies gilt sowohl für örtliche Überhitzungen als auch für örtliche Unterkühlungen ausserhalb des optimalen Temperaturbereiches. In allen Fällen ist eine Qualitätsminderung des Glasgegenstände zu befürchten.
Man hat der letztgenanntenForderung dadurchRechnung zu tragen versucht, dass man z. B. eine ungeteilte Vorform, die nach derKülbelformung vondemKülbel abgehoben wird, konzentrisch mit einem Leitzylinder umgibt, in den Luft eingeleitet wird. Es ist jedoch nicht möglich, die angestrebte thermische Homogenität der dem Glas zugewandten Werkzeugfläche in gewünschten, verhältnismässig engen Grenzen zu erreichen, wie sie heutzutage insbesondere bei verhältnismässig dünnwandigem Hohlglas eingehalten werden müssen.
Die vorstehend erwähnte Luftkühlung hat deutliche Nachteile. So entsteht dadurch für das Maschinenpersonal eine erhebliche Lärmbelästigung, die teilweise an der Grenze des Erträglichen liegt. Ferner verursacht die Erzeugung der Druckluft beträchtliche Kosten, die im wesentlichen auf den verhältnismässig schlechten Kühlwirkungsgrad der Luft zurückzuführen sind, und weiterhin beanspruchen die bekannten Luftkühleinrichtungen wertvollen Raum.
Gelegentlich wird bei bekanntenKühleinrichtungen für Werkzeuge auch Wasser als Kühlmedium verwendet.
Diese Kühlmethode ist jedoch in ihrer Anwendung beschränkt und wegen der erforderlichen Installationen umständlich und aufwendig.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Anordnung vorzusehen, mit der eine Temperierung (Kühlung oder Erwärmung) der Werkzeuge glasverarbeitender Maschinen zur sicheren Einhaltung des optimalenBetriebstemperaturbereiches möglich ist. Die Temperierung soll ferner eine thermische Homogenität in gewünschten engen Grenzen bringen, und die Produktionsgeschwindigkeit soll auf Grund der exakt ontrol- lierten Temperaturverhältnisse an den Werkzeugen gesteigert werden.
Erfindungsgemäss ist ein geschlossenes Wärmeübertragungssystem ("Wärmerohr") der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Wärmerohre in einer Vorrichtung zur Temperierung (Kühlung oder Erwärmung) von Werkzeugen, z. B. Formen und Pressstempeln, glasverarbeitender Maschinen angeordnet sind.
Bisher bekannteAnwendungen des"Wärmerohres"sind in der USA-Patentschrift Nr. 2, 350, 348 und der entsprechenden deutschen Patentschrift Nr. 833500 sowie in der Abhandlung "Das Wärmerohr (Heat Pipe)"in der Zeitschrift Chemie Ingenieur-Technik des Verlags Chemie GmbH [1967], Heft 1, S. 21 bis 26, beschrieben.
Bei diesen bekannten Anwendungen handelt es sich im wesentlichen um solche in der Kältetechnik und der Raumfahrt, nämlich für Energieversorgungsanlagen für Raumfluggeräte.
Bei dem bekannten"W ärmerohr"wird unabhängig von der Gravitation ein Umlauf des Wärmetransportmittels allein durch ein Temperaturgefälle bewirkt. Dieses Prinzip beruht auf den Kapillarkräften bzw. der
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Oberflächenspannung von Flüssigkeiten.Das "Wärmerohr" besteht aus einem Rohr, in dem sich eine mit Wärmetransportmittel gesättigte Kapillarstruktur befindet, aus der das Wärmetransportmittel bei Erwärmung verdampft.
Der Dampf strömt in Richtung des Temperaturgefälles und kondensiertunter Abgabe von Verdampfungsw ärme.
Die Kapillarstruktur besorgt die Rückförderung des kondensierten Wärmetransportmittels zu dem Verdampfungsbereich.
Mit der erfindungsgemässen Verwendung des"Wärmerohres"ist die Temperierung der Werkzeuge in engen Grenzen und ausserdem selbsttätig zu erzielen. Dabei kann nicht nur gekühlt, sondern auch erwärmt werden, z. B. im Bereich zu kalter Mündungen oder Böden. Das"Wärmerohr" gewährleistet ferner eine selbsttätige thermische Homogenisierung innerhalb sehr geringer Grenzen.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig. l einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäss mit einer Kühleinstülpung ausgerüsteten Pressstempel, Fig. 2 einen erfindungsgemäss ausgerüsteten Pressstempel für Hohlglasgegenstände mit verhältnismässig enger Mündung, Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Pressstempels mit aussen liegender Kühlvorrichtung, Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäss ausgebildete ungeteilte Vorform, Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform einer ungeteilten Vorform, Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäss ausgestattete geteilte Vorform, Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt nach der Linie VII-VII in Fig.
8 durch eine geteilte Vorform mit darin eingesetzten Temperierkapseln und einen Teilschnitt nach der Linie VIIA-VIIA in Fig. 8 im Bereich des Kopfes einer Kapsel, Fig. 9 die Schnittansicht nach der Linie IX-IX in Fig. 7, Fig. 10 einen teilweisen Längsschnitt durch eine andere und in der Mitte von Kühlmedium durchströmte Kapsel, Fig. 11 einen schematischen Querschnitt durch eine geteilte Form mit teilweise in die Aussenfläche eingebetteten Kapseln und unterschiedlichen Temperiermöglichkeiten, Fig. 12 eine perspektivische schematische Darstellung einer ringförmigen Anordnung von Kapsel, z.
B. gemäss Fig. ll. bei der einige Kapseln durch ein Verbindungsgehäuse miteinander verbunden sind, Fig. 13 einen schematischen Längsschnitt durch in mit einer Temperierhaube versehenen Kopf einer Einzelkapsel, Fig. 14 eine der Fig. 13 entsprechende Ansicht, jedoch mit zwischengeschaltetem Metallmantel, Fig. 15 einen schematischen Längsschnitt durch eine Form, um die Kapseln in zur Formenachse senkrechten und im Abstand voneinander befindlichen Ebenen herumgelegt sind und Fig. 16 eine schematische Regelschaltung für eine erfindungsgemäss einsetzbare Temperiervorrichtung.
Fig. l zeigt einen Pressstempel-20-, dessen Wand -21-- innen mit einer Kapillarstruktur --23-- versehen ist. Im Bereich eines Kupplungsringes-25-ist mit der Wand 21innen eine Einstülpung-27-dicht verbunden, die an ihrer Innenfläche ebenfalls mit Kapillarstruktur -28- versehen ist. Die Kapillarstrukturen - 23 und 28-sind in einer Ringzone -29-- miteinander verbunden.
Mit der Einstülpung-27-oder ebenfalls mit der Innenfläche der Wand-21-ist ein Leitgehäuse --30-
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wird.
Zweck der Einstülpung -27- ist es, eine vergrösserte Kühlfläche und damit Kondensationsfläche für ein flüssiges, verdampfbares Wärmetransportmittel zu schaffen, das sich in einem Hohlraum-37-des Pressstem- pels --20befindet. Je enger die Mündung eines herzustellenden Hohlglasgegenstandes ist, um so schwieriger wird die Kühlung des Pressstempels. In Fig. 2 ist ein solcher Pressstempel-40-für verhältnismässig enge Mündungen gezeigt, dessen Innenfläche wieder mit Kapillarstruktur --41-- belegt ist, die mit Kapillarstruktur-42an der gegenüberliegenden Fläche einer tief in das Pressstempelinnere hineingezogenen Einstülpung-43-in Verbindung steht.
Entsprechend Fig. l ist auch hier ein Leitgehäuse-45-vorgesehen, das dem Verlauf der Einstülpung --43-- weitgehend folgt.Eine dadurch definierte Leitkammer-46-wird durch eine zentrale Zu- leitung --47- mit Kühlmedium gespeist, das durch eine oder mehrere Abflussleitungen --48-- die Leitkammer-46-wieder verlässt.
In Fig. 3 weist ein Pre Bstempel --50-- einen Hohlraum --51--.auf, in den eine dichte Kapsel-52-mit
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arbeitsbereich festes oder flüssiges Lot herangezogen werden.
Zur Vergrösserung der Kühlfläche weist die Kapsel --52-- in dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 eine Ausstülpung -55- auf, die innen ebenfalls mitKapillarstruktur-56-belegt ist. Die Ausstülpung -55-- um- gibt ein Leitgehäuse -57--, dem Kühlmedium in Richtung der Pfeile-58-zugeführt und in Richtung der Pfeile --59-- entnommen wird. Als Kühlmed:um kann in diesen und den zuvor beschriebenen F ä1len z. B. Luft oder Wasser dienen.
Fig. 4 zeigt eine ungeteilte Vorform oder Pressform-60-, die mit Wänden --61 und 62-- unter Bildung eines Hohlraumes --63-- doppelwandig ausgebildet ist. Die Waande-61 und 62--sind durch eine Schweiss- naht-64-dicht miteinander verbunden und an den einander zugewandten Flächen jeweils mit Kapillarstruk- tur-65 und 66-belegt.
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Eine ähnliche ungeteilte Vorform --71-- ist in Fig.5 gezeigt.Sie besitzt zweiwände-72 und 73--, deren Kapillarstrukturen-74 und 75-- zusätzlich durch Stege-76 und 77-aus Kapillarstruktur miteinander in Verbindung stehen.
Diese Stege können beliebigen Querschnitt haben und auch kreisringförmig rings durch den Hohlraum --78-- zwischen den beiden Formwänden-72 und 73-- geführt sein.
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Temperierbecher-79-angesetzt,dem Temperiermedium inRichtung des Pfelles --61-- zugeführt und in Richtung des Pfeiles --82- entnommen werden kann.
In Fig. 6 ist eine Hälfte --85- einer geteilten Vorform dargestellt, die ebenfalls mit Wänden-86 und 87-- doppelwandig ausgebildet ist, deren einander zugekehrte Flächen mit Kapillarstruktur --88 und 89-belegt sind und zwischen sich einen Hohlraum --90-- definieren. Die Aussenwand -86-- ist verhältnismässig dünn ausgebildet und zur Vergrösserung der Temperierfläche mit Rippen --92- besetzt. die durch Luft-93- angestrahlt werden.
Die Aussenwand kann jedoch auch, wie bei --86'-- gezeigt ist. verhältnismässig stärker ausgebildet sein und wirkt dann wärmedämmend bzw. wärmespeichernd.
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Die Fig. 7 zeigt eine der Fig.6 entsprechende Hälfte --100-- einer geteilten Vorform. Statt des einzigen und um die gesamte Vorformhälfte --85-- herumlaufenden Hohlraums --90-- weist die Vorformhälfte-100- eine Anzahl von Hohlräumen, z.B. --101 und 105-- (vgl. auch Fig. 8), auf. die jeweils imwesentlichenparallel zu der Formachse --107-- verlaufen. In jedem Hohlraum ist eine dichte Kapsel -111 bis 115-eingesetzt und mit der Hohlrauminnenfläche gegebenenfalls durch Lot verbunden. Jede Kapsel ist innen mit Kapillarstruktur - 121 bis 125-belegt.
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Kapseln-111 bis 113-sindoben jeweils mit einer Öffnung, z. B.-127-, versehen, derenRand jeweils mit--131-- dicht verbunden ist.
Das Verbindungsgehäuse --130-- weist an seiner Innenseite Kapillarstruktur-133auf. die mit den Kapillarstrukturen,z.b.--121--, der Kapseln --111 bis 113-- in Verbindung steht. Die Temperie-
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abgeschlossenen Kapseln-111 bis 113-. Die Kapseln --114 und 115-- sind dagegen nicht an ein solches Ver- bindungsgehäuse angeschlossen. Sie sind vielmehr an ihrem deröffnung-127-der Kapseln-111-entspre- chenden Ende ebenfalls dicht verschlossen und mit Kapillarstruktur belegt.
Diese Einzelkapseln-114 und 115-können z. B. oben aus der Formhälfte --100-- herausragen und ge-
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stand voneinander angeordneten Zylindern --161 und 162--, die an ihren Enden jeweils dicht miteinander verbunden sind. Die aufeinanderzugekehrten Flächen der Zylinder --161 und 162-- sind mit Kapillarstruktur-164 und 165-belegt.
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Innenzylinder -162- weistrung --168-- am unteren Ende der Vorformhälfte --100-- eintritt und durch ein mit dem Kanal --167-- verbundenes Ableitsystem am oberen Ende der Kapsel --160-- wieder abgeleitet wird. Durch den Kanal-167wird die mit dem Temperiermittel in Berührung bringbare Fläche der Kapsel ganz erheblich gesteigert.Der Querschnitt der Kapseln kann dabei jede gewünschte Form annehmen.
Während in Fig. 10 die Querschnittsfläche
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kreisringförmig ist, zeigt Fig. 8 eine Kapsel --115-- mit kreisförmigem und eine weitere Kapsel --114-- mit nierenförmigem Querschnitt.
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ein Leitgehäuse --174-- geführten Strömung zur Einwirkung gebracht wird.
Die Kapseln --172-- und die im Zusammenhang mit den Fig. 7 bis 10-beschriebenen Kapseln können anstelle einer festenLötverbindung mit dem zugehörigenwerkzeug auch axial frei verschiebbar in ihren Hohlräumen angeordnet sein. Dadurch können bestimmte Zonen des Werkzeugs der Temperierwirkung der Kapseln entzogen werden.
Fig. 12 zeigt in der linken Hälfte drei nicht miteinander verbundene Einzelkapseln-177 bis 179--, die jeweils völlig geschlossen und an der Innenfläche mit Kapillarstruktur, z. B.-180-, belegt sind. Die weiteren in Fig. 12 gezeigten Kapseln, z. B.-183-, sind dicht an ein dem Verbindungsgehäuse-130-in den Fig. 7 und 8 entsprechendes Verbindungsgehäuse-184-angesetzt und mit ihrer Kapillarstruktur -185- mit Kapillarstruktur -186- in dem Verbindungsgehäuse-184-verbunden. Beide in Fig. 12 gezeigten Anordnungen könnten bei der Formhälfte --170-- in Fig.11 zum Einsatz gelangen und aus dieser Formhälfte wieder entfernt werden, wenn diese unbrauchbar werden sollte.
Die Kapseln sind also unabhängig von den zugehörigen Werkzeugen beliebig austauschbar und wieder verwertbar.
In Fig. 15 ist eine Form --190- dargestellt, in deren Aussenfläche Rillen, z. B.--191--, vorgesehen sind, die in einer zu der Formachse-192-senkrechten Ebene verlaufen. In die Rillen-191-kann je nachdem örtlichen Bedarf eine ringförmige Kapsel-193-eingesetzt werden, die in ihrem Querschnittsaufbau der Kap- sel-111-in Fig. 7 oder auch der Kapsel --160- in Fig. 10 ähnelt. Eine der Kapsel-160-entsprechende Kapsel --193-- wäre insbesondere bei einer geteilten Form-190-wegen der leichteren Zugänglichkeit des Mittenkanals der Kapsel von Vorteil.
Die aus der Formwand --195-- herausragenden Teile der Kapsel --193-- sind an eine gegebenenfalls ebenfalls ringförmige Temperiervorrichtung --196-- angeschlossen, die einen Metallring --194-- aufweist, der durch ein aufgesetztes und vom Temperiermedium durchströmtes Leitgehäuse --198-- temperiert wird.
Fig. 16 zeigt eine typische Regelschaltung, wie sie bei der Erfindung zum Einsatz gelangen kann. Eine Kap-
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liefert, der über eineLettung --207-- einen Motor --208-- steuert und/oder regelt. Der Motor --208-- ist über eine Kupplung-209-mit einem Temperierluftgebläse --210-- gekuppelt, das Luft über eine Luft-211- einer Düse --212-- zuleitet, welche die Luft in Richtung der Pfeile -215-- auf die zu temperierende Fläche der Kapsel -200-- leitet.
Wegen der weitgehenden Homogenität der Temperatur in der Wand der Kapsel -200- genügt es, die Temperatur lediglich an einer Messstelle abzufühlen. Sobald die Temperatur an der Messstelle grösser als die an dem Regler --206-- voreinstellbare optimale Temperatur bzw. grösser als ein voreinstellbarer optimaler Temperaturbereich ist, wird der Motor --208- durch den Regler -206- eingeschaltet und sorgt für die Lieferung von Kühlluft --215-. Weiterhin kann die Voreinstellung des Reglers-206-so getroffen sein, dass der Mo-
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In gleicher Weise wie die Kühlung kann auch eine Erwärmung der Kapsel --200-- mit der in Fig. 16 dargestellten Regelschaltung erfolgen.
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<tb>
<tb> :Rohr <SEP> W <SEP> ärmetransport- <SEP> Bemerkungen <SEP>
<tb> mittel
<tb> V2A <SEP> Na <SEP> Na <SEP> hat <SEP> gutes <SEP> Steigvermögen
<tb> V2A <SEP> K <SEP> K <SEP> lässt <SEP> tiefere <SEP> Temperaturen <SEP> zu <SEP> als <SEP> Na <SEP> ; <SEP>
<tb> hat <SEP> mittleres <SEP> Steigvermögen
<tb> V2A <SEP> Cs <SEP> Cs <SEP> hat <SEP> schlechtes <SEP> Steigvermögen <SEP> ; <SEP>
<tb> lässt <SEP> wegen <SEP> hohem <SEP> Dampfdruck <SEP> niedrige
<tb> Temperaturen <SEP> zu
<tb> Ni <SEP> K <SEP> Hohe <SEP> Standzeiten
<tb> Stahl <SEP> K <SEP>
<tb>
b) Werkstoff der Kapillarstruktur :
V2A c) Räumliche Ausbildung der Kapillarstruktur :
Drahtnetz ;
Arterienw ärmerohre, z. B. mit gesinterten porösen V2A-Dochten, insbesondere für von der Kreisform abweichende Wärmerohrquerschnitte ;
Ringspalt- bzw. Spaltwärmerohr.
3. Rechenergebnisse a) Steighöhe des Wärmetransportmittels in einem Ringspalt-Wärmerohr bei 500 C :
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<tb>
<tb> W <SEP> ärmetransport- <SEP> Cs <SEP> K <SEP> Na
<tb> mittel
<tb> Steighöhe
<tb> h <SEP> [cm] <SEP> 13 <SEP> 55 <SEP> 95
<tb>
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höhe nur geringfügig. Bei Leistungsbetrieb des Wärmerohres erniedrigen sich die Steighöhen beträchtlich. b) Durch Erreichen der Schallgeschwindigkeit gegebene Grenzleistungs-Wärme- stromdichte in axialer Richtung :
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<tb>
<tb> Temperatur <SEP> 4000C <SEP> 5000C <SEP> 6000C
<tb> Wärmetransport-Cs <SEP> K <SEP> Na <SEP> Cs <SEP> K <SEP> Na <SEP> Cs <SEP> K <SEP> Na
<tb> mittel
<tb> qs <SEP> [w <SEP> 680 <SEP> 490 <SEP> 3700 <SEP> 2700 <SEP> 550 <SEP> 11800 <SEP> 11300 <SEP> 3200
<tb> cm2
<tb>
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Mit den handelsüblichen Drahtnetzen ist die Kapillarstruktur noch nicht bis zu diesen Optimalwerten auslegbar.
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c) Maximale Ausdampfleistungs-Wärmestromdichte in radialer Richtung :
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<tb>
<tb> Temperatur <SEP> 4000C <SEP> 5000C <SEP> 6000C <SEP>
<tb> Wärmefransport-Cs <SEP> K <SEP> Na <SEP> Cs <SEP> K <SEP> Na <SEP> Cs <SEP> K <SEP> Na
<tb> mittel
<tb> Lq <SEP> 220 <SEP> IM-1180 <SEP> 870 <SEP> 180 <SEP> 2340 <SEP> 3680 <SEP> 1050
<tb> cm
<tb>
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begrenzend.
Die praktisch erreichbare radiale Wärmestromdichte für ein Wärmerohr mit
Kalium als Wärmetransportmittel liegt z. B. für 6000C bei 200 bis 300 W jcm2.
4. Versuchsergebnisse :
Werkzeuge glasverarbeitender Maschinen sind in der Regel Bewegungen unterworfen.
In diesem Zusammenhang haben Rütteltests ergeben, dass sich mechanische Erschütte- rungen auf die Leistungsdaten der Wärmerohre nicht ungünstig auswirken.
5. Das Anfahren der Wärmerohre auf die Arbeitstemperatur stellt in keinem Fall ein Pro- blem dar. Erforderlichenfalls wird das Werkzeug mit seinem Wärmerohr bzw. seinen
Wärmerohren in einer Vorbehandlung vorgeheizt.