DD288295A7 - Vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung von strangfoermigen erzeugnissen aus glas - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von strangfoermigen Erzeugnissen aus Glas, insbesondere Rohre und Staebe, bei der ein aus einer Duese austretender zaehplastischer Glasstrang durch das Wechselspiel der formgebenden Kraefte bis zur gewuenschten Endgeometrie verjuengt wird und dabei abkuehlt. Um die bei bisherigen Strangformungsprozessen nicht beeinfluszbare Viskositaetskraft fuer die Steuerung der gewuenschten Endgeometrie des Stranges zu nutzen und den an der Anlage zur produzierenden Sortimentsbereich im Hinblick auf Durchmesser und Wanddicke zu erweitern, wurde eine Vorrichtung entwickelt, bei der der zaehplastische Strang von mindestens zwei Heiz- und/oder Kuehlelementen umgeben ist und von denen mindestens ein Element relativ zur Stranglaengsachse ohne Unterbrechung des kontinuierlichen Ziehens verstellt werden kann. Fig. 2{Glasrohr; Strangformung; Vello-Verfahren; Heizung; Kuehlung, verstellbar; Viskositaetskraft}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von strangförmigen Erzeugnissen, insbesondere Rohren aus Glas oder einem glasähnlichen Werkstoff, bei der der aus einer Ziehdüse senkrecht nach unten austretende und sich durch das Wechselspiel der formgebenden Kräfte verjüngende Strang bis zum endgültigen und formstabilen Querschnitt abkühlt und über einen geeigneten Ziehschacht zu einer Zieh- und Trennmaschine geleitet wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Glasrohren durch vertikales Ziehen nach unten gehen von dem Prinzip aus, das bereits in den Deutschen Reichspatenten DRP 551275 und DRP 579506 beschrieben ist. Dabei tritt das schmelzflüssige Glas aus einem Ringspalt, der durch eine Düse und einen Ziehdorn gebildet wird, am Boden eines Vorherdes aus. Es wird auch an Stelle von Düse und Ziehdorn ein kreisringförmiger Überlauf verwendet, wie zum Beispiel im DRP 604579 beschrieben ist. Das Abziehen des sich nach dem Austritt aus der Ziehdüse verfestigenden Stranges kann dabei entweder senkrecht nach unten oder waagerecht durch Umlenken im zähplastischen Bereich erfolgen.

Zur Herstellung von Glaskapillaren mit Farbstreifen ist dieses Verfahrensprinzip durch eine spezielle Gestaltung der Düse und den Einbau von Vorrichtungen zur Zuführung des Farbglases modifiziert worden, wie zum Beispiel in den DD-WP 25348, DD-WP 62406 und DD-WP 62407 sowie der DE-AS 1596665 dargestellt ist.

In der US-PS 2765586 wurde weiterhin vorgeschlagen, zur Vermeidung von Kristallisationen dio Glasmasse in der Düse elektrisch aufzuheizen, indem die Düse und der Ziehdorn als Elektroden ausgebildet werden und die dazwischen liegende Glasmasse als elektrischer Widerstand wirkt.

All diesen beschriebenen Verfahren ist gemeinsam, daß die Verformung des zähplastischen Stranges unterhalb von Düse und Ziehdorn durch das freie Wechselspiel der formgebenden Kräfte, von denen die Ziehkraft, die Gravitationskraft, die durch die Blasluft hervorgerufene Druckkraft und die durch die innere Reibung hervorgerufene Viskositätski aft den entscheidenden Einfluß haben, erfolgt.

Nachteilig Ist, daß nach den hler vorgestellten Verfahrensbeschreibungen nur die Ziehkraft und die Druckkraft technologisch zu beeinflussen sind. Die Viskositätskraft, die einen entscheidenden Einfluß auf die Verformung des zähplastischen Stranges hat, kann nicht aktiv im Sinne einer Prozeßsteuerung beeinflußt werden. Dies bedeutet eine wesentliche Einengung des aus dem Wechselspiel der formgebenden Kräfte möglichen Betriebsgebietes im Hinblick auf zu fertigende Durchmesser und Wanddicken.

Es werden einige Lösungen beschrieben, den zähplastischen Strang nach dem Verlassen der Düse zu beeinflussen. So wird im DRP 579587 beschrieben, wie mit Hilfe eines unmittelbar unter der Düse angebrachten Brenners oder auch Kühlers eine Drehung des Stranges um seine Längsachse erreicht werden soll. Im DD-WP 109853 ist direkt unterhalb der Düse ein Schutzschirm angebracht. In der CSSR-PS 160170 wird ein mit einer Reflexionsschicht versehener Stabilsiierungszylinder beschrieben, der sich unmittelbar unterhalb der Düse befindet.

Auch mit diesen hier beschriebenen Vorrichtungen wird der bereits oben angeführte Mangel, daß die Viskositätskraft und die Temperatur der aus der Düse ausfließenden zähplastischen Glasmasse nicht aktiv für die Steuerung des Formgebungsprozesses genutzt werden können, nicht beseitigt.

In der DE-AS 1025581 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasröhrchen oder Glasstäbchen mit von der runden Form abweichender, vorzugsweise polygonaler Querschnittsbegrenzung beschrieben. Ein aus einer Düse/Dorn-Kombination austretender zähplastischer Glasstrang mit polygonaler Querschnittsbegrenzung wird dabei zuerst an seiner äußeren Oberfläche durch eine gekühlte Düse so weit abgekühlt, daß eine dünne Schicht von hoher Viskosität (Lederhaut) entsteht und erst später, vorzugsweise nach einer Strecke gleich dem Düsendurchmesser oder darüber, auch im Innern so stark gekühlt wird, daß dann auch hier eine dünne Glasschicht von hoher Viskosität entsteht. Unterhalb der Düse werden der Dorn und der Zwiebelanfang von einem Kühlmantel zum Beblasen der Zwiebel umgeben. Zur Feineinstellung der Geometrie können Ziehdorn und Kühlmantel in einem kleinen Bereich in der Höhe verstellt werden. Mit dieser Vorrichtung lassen sich zwar Glasröhrchen mit polygonalem Querschnitt sehr exakt herstellen, jedoch bedeutet die starke Abkühlung von äußerer und innerer Oberfläche Im Bereich der formgebenden Elemente Düse und Dorn mit umgebendem Kühlzylinder letztendlich eine wesentliche Einschränkung des Betriebsgebietes im Hinblick auf zu fertigende Durchmesser und Wanddicken. Der Kühlzylinder ist außerdem nur in einem sehr kleinen Bereich verschiebbar, da er laut Verfahrensbeschreibung den Ziehdorn umschließt. Ein leicht kristallisierbares Glas, dessen Liquidustemperatur über der normalerweise notwendigen Formgebungstemperatur liegt, mit einer wesentlich höheren Temperatur die Düse verläßt und der zähplastische Strang dann in ein unter der Düse befindliches Wasserbad geleitet, dort umgelenkt wird und erstarrt. Auf Grund des festen Abstandes zwischen Düse und Wasserbad ist auch hier keine Beeinflussung der Viskositätskraft im Sinne einer Steuerung dieser Kraft möglich. Auch die Anfangsviskosität und damit die Temperatur der aus der Düse austretenden Glasmasse sind nur von der Baugröße der Anlage und dem Durchsatz abhängig und können nicht frei gewählt werden.

In der DE-OS 1596373 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem der zähplastische Strang nach dem Umlenken in die Horizontale eine Vakuumkammer durchläuft. Hier erfolgt eine Kalibrierung des Rohres durch einen Druckunterschied zwischen dem Innern des Rohres und der Umgebung zur Verbesserung der Ovalität. Dabei erfolgt jedoch keine Steuerung der Viskositätskraft und der Anfangstemperatur des Glases.

Allen diesen angeführten Verfahren und Vorrichtungen haften die Mängel an, daß die auf die Verformung des zähplastischen Glasstranges entscheidend wirkende Viskositätskraft und die Temperatur des aus der Düse austretenden Glases nicht im Sinne einer Steuerung beeinflußbar sind. Dies bedeutet eine wesentliche Einengung des aus dem Wechselspiel der formgebenden Kräfte möglichen Betriebsgebietes im Hinblick auf zu fertigende Durchmesser und Wanddicken.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung von strangförmigen Erzeugnissen aus Glas, insbesondere von Glasrohren, zu entwickeln, deren konstruktiver Aufbau so gestaltet Ist, daß mit einer Düse/Dorn-Kombination Rohru mit gegenüber dem Stand der Technik größerem Durchmesser- und Wanddickenbereich hergestellt werden können und dadurch eine höhere Variabilität und Effektivität der Rohrziehanlage durch Wegfall von Umrüst- und Wartezeiten zu erreichen ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von strangförmigen Erzeugnissen aus Glas zu entwickeln, mit der Durchmesser und Wanddicke vorzugsweise von Glasrohren zusätzlich zu den bekannten technologischen Einflußgrößen Ziehkraft und Druckkraft auch durch die Viskositätskraft über die Temperatur des Glasstranges ohne Unterbrechung des kontinuierlichen Abzuges definiert gesteuert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zähplastische Glasstrang während der Verformung mindestens von zwei den Strang umschließenden Heiz- und/oder Kühlelementen umgeben ist und daß mindestens ein Heiz- oder Kühlelement während des laufenden Betriebes, das heißt ohne Unterbrechung des Ziehbetriebes, relativ durch Längsachse des zähplastischen Glasstranges verstellbar ist. Dabei erfolgt erfindungsgemäß eine definierte Steueiung der Viskositätskraft über die Temperatur des Glasstranges. Je nach Temperatur der Heizelemente oder Intensität der Kühlelemente läßt sich die Viskositätskraft in einem weiten Bereich steuern. Dies ermöglicht bei gleicher Geometrie von Düse und Ziehdorn die Herstellung von Rohren oder Stäben in einem gegenüber dem Stand der Technik erweitertem Durchmesser- und Wanddickenbereich, wobei das Verhältnis des größten zum kleinsten produzierten Durchmesser mindestens zwanzig beträgt. Die Vorrichtung ist außerdem durch folgende Merkmale charakterisiert:

Das erste Heiz- oder Kühlelement befindet sich unmittelbar beziehungsweise maximal in einem Abstand vom zweifachen Düsendurchmesser unterhalb der Düse. Seine Länge beträgt das ein- bis dreifache des Durchmessers der Düse. Vorzugsweise ist dieses erste Element als Heizelement ausgebildet, dessen Temperatur in einem Bereich zwischen 773K und 5OK über der Temperatur des zähplastischen Glasstranges stufenlos regelbar ist. Bei insgesamt zwei Heiz- oder Kühlelementen Ist das zweite Element in einem Bereich vom 10 bis 30fachen des Durchmessers der Düse angeordnet: es umschließt dabei den sich

verformenden zähplastischen Strang und ist horizontal und vertikal verstellbar. Bei drei oder mehr Heiz- und/oder

Kühlelementen ist das zweite Element im Bereich zwischen dem unteren Ende des ersten Heiz- oder Kühlelements und dem

zehnfachen des Durchmessers der Düse verstellbar angeordnet. Die weiteren Heiz- und/oder Kühlelemente sind zwischen dem

Ende des zweiten Elements und dem Anfang des erstarrten Glasstranges verstellbar angeordnet. Das zweite Element ist

vorzugsweise als Kühlelement ausgebildet.

Wie bekannt ist, tritt das in einem Vorherd konditionierte Glas durch eine Ausflußöffnung am Boden aus. Für die Rohrherstellung

ist diese Öffnung kreisringförmig und wird durch eine Düse und einen Ziehdorn gebildet. Für andere Strangquerschnitte muß die

Ausflußöffnung natürlich eine dem gewünschten Strangquerschnitt äquivalente Form haben. Unterhalb der Düse befindet sich srfindungsgemäß vorzugsweise ein Heizelement, das den aus der Düse austretenden Glasstrang umschließt. Die Beheizung selbst kann durch bekannte technische Lösungen realisiert werden, z. B. als Elektroheizung. Durch bekannte Regeleinrichtungen ist erfindungsgemäß die Ofenraumtemperatur zwischen 773 K und 50 K

über der Temperatur des Glasstranges stufenlos regelbar. Das Heizelement ist senkrecht zur Stranglängsachse verschiebbarangeordnet. Prinzipiell kann an Stelle des Heizelementes auch ein Kühlelement installiert werden.

Die Heiz- und Kühlelemente sind vorteilhafterweise so gestaltet, daß sie auf der Einlauf- und Auslaufseite offen sind, um ein

berührungsfreies Durchlaufen dieser Elemente durch den Glasstrang zu ermöglichen.

Nach dem Austritt des Glasstranges aus dem ersten Heiz- oder Kühlelement erfolgt bei kleindimensionierten Erzeugnissen

vorzugsweise eine Umlenkung in eine im wesentlichen horizontale Richtung. Danach tritt der Glasstrang in eine Ziehbahn ein,deren erster Teil vorzugsweise so ausgebildet ist, daß eine definierte Beheizung oder Kühlung des Glasstranges erfolgt. Durcheine Höhenverstellbarkeit der Ziehbahn läßt sich die Beheizung oder Kühlung erfindungsgemäß relativ zur Stranglängsachseverschieben und damit die Viskositätskraft in einem weiten Bereich steuern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den

Vorteil, daß bei sehr dünnwandigen Erzeugnissen vorzugsweise eine Beheizung, bei dickwandigen Erzeugnissen eine Kühlung

wahlweise angeordnet ist.

Der Abzug großdimensionierter strangförmiger Erzeugnisse erfolgt vorzugsweise senkrecht nach unten. In einem bestimmten Abstand nach dem ersten Element, das vorzugsweise als Heizelement ausgebildet ist, tritt der Strang vorzugsweise in ein Kühlelement ein. Das Kühlelement ist in allen drei Richtungen verschiebbar. Durch die Stellung des Kühlelementes und die Intensität der Kühlung ist die Viskositätskraft über die Temperatur des Glasstranges in weiten Bereichen steuerbar. Prinzipiell

kann dieses Kühlelement auch durch ein Heizelement ersetzt werden.

Unter bestimmten Bedingungen ist es günstig, weitere Kühl- und/oder Heizelemente für die Regelung der Viskositätskraft zu

installieren.

Ausführungsbelsplele Die Erfindung ist nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen dargestellt:

Fig. 1: zeigt die Vorrichtung zur Herstellung khindimensionierter Glasrohre. Fig. 2: zeigt die Vorrichtung zur Herstellung großdimensionierter Glasrohre.

1) Ausführungsbeispiel 1 betrifft die Herstellung von kleindimensioniorten Rohren. Aus einem Vorherd 1 bekannter Art gelangt das Glas durch eine Auslauföffnung, die durch Düse 2 und Ziehdorn 3 gebildet wird, senkrecht nach unten. Unterhalb des Vorherdes 1 befindet sich ein Heizelement 4 entweder direkt unter der Düse 2 oder in einem Abstand bis maximal dem Zweifachen des Durchmessern der Düse 2. Die Länge dieses Heizelementes beträgt beispielsweise das Zweifache des Durchmessers der Düse 2 und ist in seiner Lage horizontal und vertikal verschiebbar. Dieses Heizelement entspricht in seiner Bauform im wesentlichen einem vertikal stehendem Röhrenofen mit offenen Enden und ist mit elektrischen Heizleitern 5 ausgerüstet. Die Temperatur dieses Heizelementes ist in einem Bereich von 773 K und 50 K oberhalb der Temperatur des zähplastischen Glasstranges 6 stufenlos regelbar. Nach dem Austritt aus dem Heizelement 4 wird der zähplastische Glasstrang 6 in eine im wesentlichen horizontale Richtung umgelenkt und kühlt sich hier teilweise ab. Danach gelangt der Glasstrang 6 in einen Abzugsschacht 7, in dessen erstem Teil sich eine Heizung 8 befindet. Das Abziehen des Glasstranges und das Trennen in Rohrsegmente erfolgt nach bekannten Verfahren. Durch die Höhenverstellung des Abzugsschachtes 7 erfolgt eine Verschiebung der Heizung 8 in einem Bereich vom 10 bis 30fachen des Durchmessers der Düse 2 relativzur Stranglängsachse und die dadurch resultierende unterschiedliche Länge des zähplastischen Glasstranges 6 im Umlenkbereich, in dem eine freie Abstrahlung in die Umgebung möglich ist, gestattet die definierte Einstellung der Viskositätskraft am Eingang des Abzugsschachtes 7. Prinzipiell kann an Stelle der Heizung 8 auch eine speziell dimensionierte Isolation 9 des ersten Teiles des Abzugsschachtes angewendet werden. Da die Abkühlung des Glasstranges 6 im Umlenkbereich von der Geometrie abhängig ist, gestattet diese Verfahrensweise die exakte Einstellung einer vorgegebenen Viskosität am Eingang des Abzugsschachtes 7 unabhängig von der Geometrie des Glasstranges.

2) Die Vorrichtung zur Herstellung von großdimensionierten und vorzugsweise dickwandigen Rohren, die senkrecht nach unten gezogen werden, besteht erfindungsgemäß aus mehreren Heiz- und/oder Kühlelementen 4,7,10,13. Auch hier gelangt das Glas aus einem Vorherd 1 durch eine Düse 2 mit Ziehdorn 3 senkrecht nach unten. Unterhalb des Vorherdes 1 befindet sich ein Heizelement 4, das den Glasstrang 6 umschließt. Anordnung und Größe dieses Heizelements 4 entsprechen den im Ausführungsbeispiel 1 dargelegten Ausführungen. Die Temperatur dieses Heizelements 4 ist ebenfalls im Bereich zwischen 773K und 5OK über der Temperatur des zähplastischen Glasstranges 6 stufenlos regelbar. Nach dem Durchlaufen des Heizelementes 4 gelangt der Glasstrang 6 in ein speziell gestaltetes Kühlelement 10, das von Wasser 11 durchflossen wird. Zur Intensivierung des Kühlvorganges wird der zähplastische Glasstrang 6 mit einem speziellen Kühlmittel 12 angeblasen. Das Kühlelement 10 ist ohne Unterbrechung des kontinuierlichen Ziehbetriebes in einem Bereich zwischen dem unteren Ende des ersten Heizelements 4 und dem Zehnfachen des Durchmessers der Düse 2 verstellbar. Durch die Veränderung der vertikalen Stellung des Kühlelementes 10 und die Regulierung der Kühlmittelmenge 12 läßt sich die ViskositätCmraft über die Temperatur des Glasstranges 6 in weiten Bereichen steuern. Im weiteren Verlauf gelangt der Glasstrang 6 durch einen vertikal angeordneten Abzugsschacht 13 mit spezieller Isolation 9 im oberen Bereich. Prinzipiell können zwischen dem Kühlelement 10 und dem vertikalen Abzugssohacht 13 noch weitere Heiz- und/oder Kühlelemente angeordnet sein.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von strangförmigen Erzeugnissen aus Glas, vorzugsweise von Rohren und Stäben, senkrecht nach unten oder mit Umlenkung in eine im wesentlichen horizontale Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer Düse (2) oder Düse/ Dorn-Kombination (2,3) austretende zähplastische Glasstrang (6) von mindestens zwei Heiz- und/ oder Kühlelementen (4,7,10,13,) umgeben ist und daß mindestens ein Heiz- oder Kühlelement (4; 7,10,13) während des laufenden Betriebes relativ zur Längsachse des zähplastischen Glasstranges (6) verstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Heiz- oder Kühlelement (4) unmittelbar unter der Düse (2) bis zu einem Abstand von maximal dem zweifachen des Durchmessers der Düse (2) angeordnet ist, und daß bei insgesamt zwei Heiz- und/oder Kühlelementen (4,7,10,13) das zweite Heiz- oder Kühlelement (7,10,13) in einem Bereich vom 10 bis 30fachen des Durchmessers der Düse (2) verstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens drei Heiz- und/ oder Kühlelementen (4,7,10,13) das zweite Hejz- oder Kühlelement (10) im Bereich zwischen dem unteren Ende des ersten Heiz- oder Kühlelements (4) und dem zehnfachen des Durchmessers der Düse (2) und alle weiteren Heiz- und/oder Kühlelemente (7,13) im Bereich zwischen dem unteren Ende des zweiten Heiz- oder Kühlelementes (10) und dem Anfang des erstarrten Glasstranges (6) verstellbar angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Heiz- oder Kühlelement (4) eine Länge vom ein- bis dreifachen des Durchmessers der Düse (2) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Heiz- oder Kühlelement (4) vorzugsweise als Heizelement ausgebildet ist, dessen Temperatur in einem Bereich zwischen 773 K und 50 K über der Temperatur des zähplastischen Glasstranges (6) stufenlos regelbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise unterhalb des ersten Heizelementes (4) ein Kühlelement (10) den zähplastischen Glasstrang (6) umschließend und in vertikaler und horizontaler Richtung verstellbar angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil des vertikalen Abzugsschachtes (13) bzw. des in seiner Höhe verstellbaren Abzugsschachtes (7) als Heiz- oder Kühlelement ausgebildet ist.