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Verfahren und Vorrichtung zur raschen Abkühlung von Glas Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und Anordr nungen für das schnelle Abkühlen des Glases in
dem Bereich, in welchem seine Zäh4gkeit unterhalb 1016 CGS und- ganz besonders in
dem Bereich, in welchem seine Zähigkeit zwischen 1012 und 1014 CGS liegt, wodurch
eine Entspannung des Glases erzielt wird. Dieser Bereich entspricht einer Temperaturzone,
welche die kritische Temperaturzone des Auskühlungsprozesses umfaßt.
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Dieses Verfahren betrifft insbesondere eine rasche Abkühlung von Glas
durch einen Wärmestrahlungsaustausch m,it Kühlflächen, bei dem das heiße Glas an
den Flächen von Kühlvorrichtungen vorbeigeführt wird, die mit einem Überzug versehen
sind, der die Wärmestraihlen selektiv absorbiert. Durch diese Behandlung des heißen
Glases wird der Temperaturgradient im Glas sehr klein, insbesondere dann, wenn das
Glas schnell in der ganzen Dicke gekühlt wird.
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Es ist vorteilhaft, die Kühlvorrichtungen an einer Stelle anzubringen,
an der das Glas, das aus dem heißen Ofen kommt, noch eine Temperatur aufweist, bei
der seine Zähigkeit innerhalb der oben angegebenen Grenzen liegt.
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Wenn eine dicke, sehr heiße Glasmasse im Wärmestra4llungsau.stausch
mit einem kälteren Körper steht, dann wird nicht nur die Glasoberfläche, sondern
auch die darunterliegende Sehicht gekühlt.
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Es wurde auch bereits nach einem noch nicht zum Stande der Technik
gehörenden Verfahren vorgeschlagen., ein kontinuierliches Glasband aus klarem Glas
dadurch schnell auskühlen zu lassen, daß man es durch eine Umhüllung laufen läßt,
deren Wände kalt sind und eine die Wärmestrahlen total absorbierende Oberfläche
haben, wobei man den Einfluß der Konvektion durch die umgebende Luft vernachlässi,gbar
klein macht. Dabei entsteht nur ein, kleiner Temperaturgradient zwischen dem Innern
des Glases und seiner Oberfläche.
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Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, die Abkühlung eines Glasblattes
so zu gestalten, daß die versdhiedenen Stellen der Blattoberfläche, die Mitte des
Glasblattes sowohl als auch die Ränder, einheitlich gekühlt werden, indem man das
Glas auf eine gekühlte Oberfläche abstrahlen läßt, von der bestimmte Teile poliert
und andere geschwärzt sind. Mit einem derartigen Verfahren kann man jedoch während
der Abkühlung und insbesondere beim Durchlaufen der kritischen Zone der Entspannungstemperatur
keinen kleinen Temperaturgradienten über die Dicke des Glasblattes erhalten.
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Die vorliegende Erfindung 'hat ein Verfahren zum schnellen Auskühlen
des Glases zum Gegenstand, das nur auf dem Wärmeaustausch durch Strahlung beruht
und das die Möglichkeit gibt, in dem oben genau angegebenen Temperaturbereich einen
kleineren Gradienten über die Dicke hin zu erhalten, der viel geringer ist als derjenige,
den man erhält, wenn man das Glas auf die Wände einer das Glas umgebenden vollständig
absorbierenden schwarzen Umhüllung ausstrahlen läßt.
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Der Verfahrensgegenstand der Erfindung besteht darin, das Glas schnell
in einer Umhüllung abzukühlen, deren Kühlwände selektiv absorbieren und auf das
Glas eine Strahlung mit geringerer Intensität und anderer Zusammensetzung zurückschicken,
als sie erhalten haben.
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Es muß hervorgehoben werden, daß bei schneller Auskühlung die Absorption
durch die Umhüllung von entscheidender Wichtigkeit ist und daß die Energiemenge,
die von ihr zurückgesandt wird, verrhä.ltnismäßIg klein ist. Außerdem müssen die
Wärmeverluste des Glases durch Konvektion vernachlässigbar klein gehalten werden.
Wie bereits bekannt, besteht das einfachste Mittel dafür darin, die Luft, die in
Berührung mit der Oberfläche des Glases ist, praktisch unbeweglich zu machen, indem
man z. B. das Luftvolumen zwischen dem Glas und zwischen den Wänden der Umhüllung
durch nicht absorbierende Scheidewände abtrennt, die gegen die Wände der Umhüllung
wärmeisoliert sind und keinen Kontakt mit dem Glasband haben.
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Gemäß der Erfindung geben die Wände der Umhüllung eine starke Absorption
in dem Bereich der Strahlung, in dem das Glas das Maximum der Energie
ausstrahlt,
und sie reflektieren sehr starb in dem Bereich, wo das Glas mittelmäßig oder schwach
ausstrahlt.
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Gemäß der Erfindung wird a) eine schnelle Auskühlung mittels der Wände
der Umhüllung, b) ein schwächerer Temperaturgradient über die Dicke hin dadurch
erreicht, daß die von den reflektierenden Wänden zurückgesandte Strahlungsenergie
von den Oberflächenschichten des Glasbandes absorbiert wird, was zu einer Temperaturerhöhung
der Oberflächenschichten und somit zu einer Verminderung des Temperatu.runterschiedes
zwischen Oberfläche und Kern des Glasbandes führt.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens
hat wenigstens zwei Überzüge über den Kühlvorrichtungen, die verschiedene Absorptionseigenschaften
für Wärmestrahlen aufweisen. Ein Überzug kann beispielsweise stark reflektierend
wirken und ein anderer selektiv absorbierend.
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Zum schnellen Spannungsfreimachen eines klaren Glases sollen die Wände
der Umhüllung vorteilhafterweise im Bereich über 3 Mikron Wellenlänge die Strahlung
stark und unterhalb von 3 Mikron mittelmäßig oder schwach absorbieren.
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Diese Vorrichtungen weisen insbesondere folgende Merkmale auf: a)
eine mechanisch widerstandsfähige Hülle wird auf der einen Seite gekühlt, und die,
andere, dem Glas zugewandte Seite hat ein erhöhtes Reflexionsvermögen für- Infrarotstrahlen,
b) eine dünne selektiv absorbierende Schicht auf der zurückstrahlenden Seite der
Hülle.
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Der reflektierende Überzug besteht vorteilhafterweise aus einer Metallfolie
oder einem Metallblech, das wärmeleitend mit der Kühlvorrichtung verbunden ist.
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Die Hülle isst vorzugsweise aus Metall. Sie wird z. B. aus poliertem
Aluminiumblech; aus Messing, dias mit einem reflektierenden Überzug aus Silber versehen
ist, oder aus Eisen mit einem reflektierenden Überzug von Chrom 'hergestellt. Die
absorbierende Schicht wird in erster Linie dargestellt durch einen Überzug, eine
Farbe oder einen Lack, der einen absorbierenden Farbstoff enthält.
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Als selektiv absorbierender Stoff wird zweckmäßigerweise klares -oder
gefärbtes Glas in feingemahlener Form verwendet.
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Der reflektierende Überzug und die absorbierende Schicht können innig
miteinander verbunden sein, wie dies bei einem Aluminiumblech, das durch anodische
Oxydation mit einer farblosen oder gefärbten dünnen Haut bedeckt ist, der Fall ist.
Auch bei einem dünnen Blatt aus klarem oder gefärbtem Glas, dessen hintere Oberfläche
mit einem reflektierenden metallischen Belag bedeckt ist, Silber, Aluminium, Gold
usw., liegt diese innige @erbiindung vor. Da das Glas mechanisch nicht stark beansprucht
werden kann, ist es in diesem Fall ratsam, das reflektierende Glasblatt auf der
Metallfläche anzubringen, die eine der Wände der aus gekühlten Doppelwänden bestehenden
Umhüllung bildet. Dadurch wird ein guter Wärmeaustausch zwischen ihnen mittels eines
guten wärmeleitenden Materials verwirklicht.
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Bei der Regelung der Absorption muß man offensichtlich der Tatsache
Rechnung tragen, daß die absorbierende Schicht zweimal durchlaufen wird, und zwar
vor der Reflexion auf der reflektierenden Hülle und nach dieser Reflexion.
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Die Absorption in der absorbierenden Schicht hängt direkt von der
Zusammensetzung der Wärmestrahlung und von der Absorption des Glases ab. Die Intensität
der Absorption hängt von der vorgesehenen Auskühlges.chv#@i,ndigkeit ab. Ist diese
einmal festgelegt, so hängt der Temperaturgradient weitgehend von der Selektivität
der Absorption ab.
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Das Kühlverfahren, welches den Gegenstand dieser Erfindung bildet,
dient hauptsächlich zur industriellen Entspannung des Glases.
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Diese Entspannung wird dadurch beeinflußt, daß die Temperaturzone,
welche die Krümmung der Ausdehnungskurve umfaßt und die im allgemeinen als »kritische
Zone« bezeichnet wird, bei einem kleinen Temperaturgradienten über die Dicke des
abzukühlenden Glases h.in durchschritten wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird demnach folgendermaßen ausgeführt:
Wenn der Temperaturgradient in der kritischen Zone in Abhängigkeit von dem maximalen
Wert der inneren, bleibenden, zulässigen Spannungen festgelegt worden ist, regelt
man die Absorption in der absorbierenden Schicht nach der Charakteristik der Strahlung
und der Absorption des Glases, damit die Abküh lgeschwindigkeit möglichst groß und
die Entspannungszeit vermindert wird.
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Die Erfindung kann bei Hohl- und insbesondere bei Flachglas angewandt
werden. Bei Flachglas, das kontinuierlich gezogen oder gegossen wird, wird die Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens besonders einfach.
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Eine beispielsweise Ausführungsfarm des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird im folgenden an Hand der
Zeichnungen erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Stück der mit gekühlten Wänden versehenen Umhüllung,
in denen Innerem die Schnellkühlung des Glases gemäß der Erfindung vorgenommen wird;
die Fig.2 zeigt im vertikalen Schnitt diese Umhüllung E mit Kühlwänden, die zur
gleichen Zeit absorbieren und zurückstrahlen und; die die Kühlung eines kontinuierlichen
Glasbandes beim Durchlaufen der kritischen Entspannungszone bewirken; die Fig.3
stellt einen vertikalen Schnitt durch eine der beiden Kühltaschen für die Auskühlung
eines kontinuierlichen Glasbandies dar, wobei die Kühlwand, die gleichzeitig absorbiert
und reflektiert, aus einer Glasscheibe besteht, die auf ihrer hinteren Oberfläche
mit einer metallischen, reflektierenden Schicht bedeckt ist.
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Gemäß Fig.1 wird die aus Eisenblech bestehende Doppelwand 1 der Kammer
2 von einem Wasserstrom in dem durch die Pfeile 3 angegebenen Sinne durchlaufen.
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Auf der dem Glas zugewandten Wand wird eine Platte 4 aus poliertem
Metall mit starkem Reflexionsvermögen aufgelegt, die mit einer Auflage 5 zur Te@ilstrahlungsabsorption
bedeckt ist.
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Die Platte 4 besteht vorzugsweise aus poliertem Aluminiumblech, das
anodisch oxydiert ist und den Vorzug !hat, ein hohes Reflexionsvermögen zu bewahren.
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Die Auflage 5 ist aus einem klaren Lack hergestellt, in dem man ein
indem Bereich des Infrarotspektrums selektiv absorbierendes Pigment eingebracht
hat, das vorzugsweise aus pulverisiertem Glas hergestellt isst.
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Dieses Glaspulver gewinnt man durch Zermahlen von Seherbenstücken,
die klar .sein können oder me@hT oder weniger durch färbende Oxyde gefärbt sind,
welche dem Glas die Eigenschaft verleihen, die Strahlungen des Infrarot zu absorbieren,
z. B. durch die Oxyde von Eisen, Kobalt, Nickel und Kupfer.
An Stelle
eines später aufzubringenden Überzuges aus eii,nem absorbierenden Lack, der eigens
angefertigt werden muß, kann poliertes Aluminiumblech -im Laufe der anodischen Oxydation
mit einem absorbierenden Lack überzogen werden, der die Infrarotstrahlung durch
organische Farbstoffe absorbiert.
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Gemäß der Fig. 2 durchläuft das kontinuierliche, in vertikaler Richtung
gezogene Glasband F eine Kühlvorrichtung, die aus zwei aus Eisenblech bestehenden,
von Kühlwasser durchströmten Halbkästen besteht.
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Dieses Eisenblech (vgl. Fig. 1) trägt auf jeder Seite des Glasbandes
eine Platte aus poliertem Metall 4 mit starkem Reflexionsvermögen, die mit einem
Überzug 5 zur Teilstrahlu:ngsahsorption bedeckt ist.
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Diese beiden Halbkästen sind mit Lamellen 6 versehen, die Bürsten
aus biegsamen Drähten 7 tragen und, dadurch das Volumen E zwischen den beiden Kästen
unterteilen und so die Konvektion der Luft vernachlässigbar klein halten.
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Die in der Fig. 3 dargestellte Umhüllung absorbiert die Strahlung
des Glases und sendet sie, nachdem sie sie filtriert hat, teilweise zurück. Die
Umhüllung besteht aus der Seheibe 8, aus klarem Glas oder aus Glas, «-elches durch
Oxvde gefärbt ist und welches die Infrarotstrahlen, wie bereits ausgeführt wurde,
absorbiert.
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Die Scheibe 8 trägt einen reflektierenden Belag 9 auf der zur Wasserkammer
2 gelegenen Seite. Der Belag besteht z. B. aus Silber. Zwischen diesem reflektierenden
Belag, der auf der nicht reflektierenden Seite mit einem Schutzanstrich versehen
ist, und der Wand: 1 der Wasserkammer wird eine Polsterung 10 eingelegt, die aus
einem gut wärmeleitenden Material, z. B. Aluminiumpulver, besteht. Die Scheibe 8
ist mit Hilfe der Eisenwinkel 11 auf der Polsterung befestigt.
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Die Leitungen 12 und 13 dienen der Zu- und Abführung des in
der Kammer 2 umlaufenden Wassers.