DE102004034798B4 - Stirring system for glass melts - Google Patents
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Abstract
Rührsystem
(1) für
Glasschmelzen mit
einem Rührer,
welcher einen Schaft (10), der eine Längsachse (15) definiert, und
zumindest zwei Gruppen (20, 30) von Flügeln aufweist, wobei
die
Flügel
jeweils zumindest ein Blatt (22, 32) umfassen, welches parallel
zur Längsachse
(15) ausgerichtet ist, und zumindest eine Öffnung (25, 35) aufweisen,
und wobei
die zumindest zwei Gruppen (20, 30) von Flügeln am Schaft
(10) mit einem Abstand zueinander positionierbar sind,
und
mit
zumindest einer Gruppe (40) von Strombrechern (45), welche
derart zwischen zwei Gruppen von Flügeln (20, 30) positionierbar
ist, daß im
Betrieb eine Relativbewegung der Strombrecher (45) und Flügel (20,
30) erfolgt.Mixing system (1) for glass melts with
a stirrer having a stem (10) defining a longitudinal axis (15) and at least two groups (20, 30) of wings, wherein
the wings each comprise at least one blade (22, 32) which is aligned parallel to the longitudinal axis (15) and at least one opening (25, 35), and wherein
the at least two groups (20, 30) of wings can be positioned on the shaft (10) at a distance from one another,
and with
at least one group (40) of baffles (45) which can be positioned between two groups of wings (20, 30) such that during operation a relative movement of the baffles (45) and wings (20, 30) takes place.
Description
Die Erfindung betrifft ein Rührsystem für Glasschmelzen.The The invention relates to a stirring system for glass melts.
Bei Glas handelt es sich um einen Werkstoff, der eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit und auch in geschmolzenem Zustand selbst bei hohen Temperaturen eine hohe Viskosität besitzt. In einer Glasschmelze können sich daher starke Temperaturgradienten ausbilden, da die Glasschmelze nur äußerst schwierig gleichmäßig durchmischt werden kann.at Glass is a material that is relatively poor thermal conductivity and also in a molten state even at high temperatures a high viscosity has. In a glass melt can therefore form strong temperature gradients, since the glass melt only extremely difficult evenly mixed can be.
Bei kontinuierlichen (Wannen-)Schmelzprozessen können sehr breite Verweilzeitverteilungen entstehen. Das heißt, dass für die einzelnen Volumina der Glasschmelze unterschiedlich viel Zeit für die mit dem Schmelzprozess verbundenen chemischen Reaktionen zur Verfügung steht.at continuous (tray) melting processes can produce very broad residence time distributions. This means, that for the individual volumes of glass melt different amount of time for the with the melting process associated chemical reactions is available.
Diese Volumina unterscheiden sich deshalb in ihrer Struktur. Dies, und die unterschiedliche Temperaturvergangenheit der einzelnen Volumina, führt zu unerwünschten Inhomogenitäten in dem flüssigen Glas, welches der Schmelze entnommen wird, sowie auch in den daraus hergestellten Produkten.These Volumes therefore differ in their structure. This, and the different temperature history of the individual volumes, leads to undesirable inhomogeneities in the liquid glass, which is taken from the melt, as well as in the produced from it Products.
Um
die Homogenisierung einer Glasschmelze zu verbessern, können Rührer eingesetzt
werden. Um eine gleichbleibend gute Glasqualität zu erzeugen, soll gemäß der
Im einfachsten Fall ist der Rührerschaft in bestimmten Höhen mit gegenüberliegenden bzw. durchgehenden Bohrungen versehen, durch welche an den Enden verschlossene Rohre durchgesteckt sind, die mit dem Rührerschaft verschweißt sind. Es wird also ein Hohlwellenrührer vorgeschlagen, welcher aufgebohrt wird, um die Rührelemente durch den Schaft hindurch montieren zu können. Gleichzeitig wird eine Versteifung des Schaftes erforderlich. Um eine ausreichende Festigkeit des Rührers gewährleisten zu können, ist also ein komplizierter Aufbau notwendig. Ein weiterer Nachteil dieses Rührsystems liegt darin, dass bei Verschleiß einzelner Rührelemente diese nicht einzeln ausgewechselt werden können.in the the simplest case is the stirrer shaft at certain heights with opposite or through holes provided through which at the ends sealed tubes are inserted, with the stirrer shaft welded are. It is therefore proposed a Hohlwellenrührer, which is drilled to the stirring elements to assemble through the shaft. At the same time a Stiffening of the shaft required. To provide sufficient strength of the stirrer guarantee to be able to So a complicated structure is necessary. Another disadvantage this stirring system lies in the fact that wear of individual stirring elements these can not be replaced individually.
In der JP 2001-072426 A wird ein Rührsystem zum Homogenisieren einer Glasschmelze vorgeschlagen. Dazu wird ein Rührer mit mehreren Blättern vorgeschlagen, deren Abmessungen in radialer Richtung vom Rührerschaft derart gewählt sind, dass an zumindest zwei Blättern in unterschiedlicher Höhe der Abstand zwischen der äußeren Kante des Rührerblattes und der Wand der Schmelzwanne möglichst eng wird.In JP 2001-072426 A becomes a stirring system proposed for homogenizing a molten glass. This will be a stirrer with several leaves proposed, the dimensions in the radial direction of the stirrer shaft chosen like that are that on at least two leaves at different levels of Distance between the outer edge of the stirrer blade and the wall of the melting tank as possible becomes tight.
Um den Abstand zwischen dem Rührer und der Wand über die gesamte Höhe möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, einen äußeren Rahmen anzubringen, wobei die Durchmischung dann als besonders effizient angesehen wird, wenn der Rahmen und die Rührerblätter schräg zur Rührerachse ausgerichtet sind. Nachteilig an dem in JP 2001-072426 A beschriebenen Rührsystem ist jedoch die aufwendige Fertigung aus mehreren Einzelteilen und die zeitintensive Montage der einzelnen relativ zueinander auszurichtenden Rührerblätter sowie des Rahmens.Around the distance between the stirrer and the wall over the entire height preferably to minimize, it is proposed to attach an outer frame, wherein the mixing is then considered to be particularly efficient when the frame and the stirrer blades at an angle to the stirrer axis are aligned. A disadvantage of that described in JP 2001-072426 A. Mixing System However, the complex production of several items and the time-consuming assembly of the individual to be aligned relative to each other Stirrer blades as well of the frame.
Eine
speziell an einen Speiserkopf einer Anlage zur Fertigung von Glasposten,
das heißt Glastropfen,
durch Abscheren eines aus einer Bodenöffnung austretenden Glasstranges
angepasste Rühr-
und Dosiereinrichtung wird in
An dem Plunger wird zumindest ein Rührblatt angeordnet, welches in der zur Plunger-Achse senkrechten Ebene einen Querschnitt aufweist, der mehrfach kleiner ist als die Rührfläche. Dies hat zur Folge, dass durch die Größe der Rührfläche eine gute Mischwirkung erzeugt, jedoch keine zusätzliche Pumpenkolbenwirkung bei der Axialverschiebung des Plungers hervorgerufen wird. Um die Rührwirkung zu steigern, kann das Rührblatt mindestens eine Öffnung aufweisen, durch die die Schmelze hindurchtreten kann.At the plunger is arranged at least one stirring blade, which in the plane perpendicular to the plunger axis a cross section which is several times smaller than the stirring surface. This has the consequence that by the size of the stirring surface one good mixing effect produced, but no additional pump piston action caused by the axial displacement of the plunger. To the stirring action To increase, the stirring blade at least one opening have, through which the melt can pass.
Durch
das in
Um Inhomogenitäten in der Schmelze zu reduzieren oder nach Möglichkeit zu beseitigen, ist es notwendig, die ohnehin stattfindenden Diffusionsvorgänge zu unterstützen bzw. zu beschleunigen. Um dies zu erreichen ist der Kontaktbereich zwischen den Inhomogenitäten (Schlieren) und der umgebenden Schmelze durch mechanische Einwirkung zu vergrößern.Around inhomogeneities in the melt to reduce or eliminate if possible, is it is necessary to support the already occurring diffusion processes or to accelerate. To achieve this, the contact area between the inhomogeneities (Schlieren) and the surrounding melt by mechanical action to enlarge.
Zur Veranschaulichung betrachte man ein im Verhältnis zur Umgebung sehr kleines markiertes Volumenelement von der Gestalt einer Kugel. Dies stelle die Inhomogenität dar. Diffusionsmechanismen können nur über die Kugeloberfläche wirksam werden, die bekanntlich zum vorgegebenen Kugelinhalt minimal ist, daher ist die Beseitigung einer derartigen Störung durch Diffusion nur mit einem stark erhöhten Zeitaufwand möglich. Jede von der Kugel abweichende Form hingegen hätte bei gleichem Volumen eine größere Oberfläche, was vom Standpunkt der Homogenisierung wünschenswert ist. Ziel ist es daher, die Kugelgeometrie zu zerstören bzw. die Kugel in einen echten Ellipsoid zu deformieren.to By way of illustration, consider a very small one in relation to the environment marked volume element of the shape of a sphere. Put this in place the inhomogeneity dar. Diffusion mechanisms can only over the sphere surface become effective, the known minimum to the predetermined ball content is, therefore, the elimination of such a disorder by Diffusion only possible with a greatly increased expenditure of time. each however, the shape deviating from the sphere would have one with the same volume bigger surface, what from the standpoint of homogenization is desirable. the aim is Therefore, to destroy the ball geometry or the ball in one deform real ellipsoid.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur Verfügung zu stellen, mit welcher einer Glasschmelze möglichst viele Dehnungs- und Faltungsoperationen aufgeprägt werden können, die Startvolumina in Volumina mit größerer Oberfläche überführen.It It is therefore an object of the invention to provide a possibility ask, with which a molten glass as many strain and Convolution operations imprinted that can be Transfer starting volumes into volumes with a larger surface area.
Das bedeutet, es sollen die Oberflächen von Inhomogenitäten wie beispielsweise Schlieren in der Glasschmelze möglichst stark vergrößert werden, so dass sie sich durch Diffusion schneller auflösen können und sich somit nicht mehr nachteilig auf die Produktqualität auswirken.The means, it should be the surfaces of inhomogeneities such as streaks in the molten glass as possible be greatly enlarged, so that they can dissolve faster by diffusion and thus not more detrimental to product quality impact.
Gelöst werden diese Aufgaben auf höchst überraschend einfache Weise bereits mit einem Rührsystem nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den zugeordneten Unteransprüchen.Be solved these tasks are most surprising simple way already with a stirring system according to claim 1. Others advantageous embodiments The invention can be found in the associated subclaims.
Die Erfindung stellt damit erstmals ein Rührsystem für Glasschmelzen mit einem Rührer, welcher einen Schaft, der eine Längsachse definiert und zumindest zwei Gruppen von Flügeln aufweist, wobei die Flügel jeweils zumindest ein Blatt umfassen, welches parallel zur Längsachse ausgerichtet ist und zumindest eine Öffnung aufweisen, und wobei die zumindest zwei Gruppen von Flügeln am Schaft mit einem Abstand zueinander positionierbar sind und mit zumindest einer Gruppe von Strombrechern, welche insbesondere zwischen zwei Gruppen von Flügeln positionierbar ist, bereit.The The invention thus provides for the first time a stirring system for glass melts with a stirrer, which has a Shank, which has a longitudinal axis defined and having at least two groups of wings, wherein the wings respectively comprise at least one sheet which is parallel to the longitudinal axis is aligned and have at least one opening, and wherein the at least two groups of wings on the shaft at a distance can be positioned to each other and with at least one group of Strombrechern which particular positionable between two groups of wings is ready.
Mit dem Begriff "Gruppe" wird eine Anordnung von zwei oder mehr Flügeln beziehungsweise Strombrechern bezeichnet. Ein Flügel kann dabei insbesondere auch mehr als ein Blatt aufweisen. Zudem liegt es im Rahmen der Erfindung, mehr als eine Öffnung in einem Blatt anzuordnen.With the term "group" becomes an arrangement of two or more wings or Strombrechern called. A wing can in particular also have more than one sheet. It is also within the framework of the Invention, more than one opening to arrange in a sheet.
Das Rührsystem kann auf unterschiedliche Weise in einer Vorrichtung zur Behandlung von Glasschmelzen angeordnet werden. Insbesondere kann es derart positioniert sein, dass es von einer Glasschmelze in vertikaler Richtung, beispielsweise von oben nach unten, durchströmt wird. Dann passiert die Glasschmelze abwechselnd eine Gruppe von Flügeln, eine Gruppe von Strombrechern und wiederum eine Gruppe von Flügeln.The Mixing System can be used in different ways in a treatment device be arranged by glass melts. In particular, it can be this way be positioned that from a molten glass in vertical Direction, for example, from top to bottom, flows through. Then the molten glass passes alternately a group of wings, one Group of strombrechern and turn a group of wings.
Der Schaft des Rührsystems kann mit einem Verbindungsteil versehen sein, welches eine Kopplung des Rührsystems mit einer Antriebsmaschine ermöglicht. Über die Antriebsmaschine kann das Rührsystem in Rotation versetzt werden. Volumenelemente der Glasschmelze, welche sich in Umfangsrichtung betrachtet vor den Rührerblättern befinden, werden in Umfangsrichtung bewegt. Volumenelemente, welche sich nicht vor den Rührerblättern, also beispielsweise im Bereich der Öffnung befinden, werden relativ zum Rührerblatt entgegen der Bewegungsrichtung des Rührerblattes in Umfangsrichtung bewegt.Of the Shaft of the stirring system may be provided with a connecting part, which is a coupling of the stirring system enabled with a prime mover. About the Drive machine can use the stirring system be set in rotation. Volume elements of the molten glass, which When viewed in the circumferential direction before the stirrer blades are in the circumferential direction emotional. Volume elements, which are not in front of the stirrer blades, so for example in the area of the opening are relative to the stirrer blade moved in the circumferential direction against the direction of movement of the stirrer blade.
Durch die entgegengesetzt zueinander ausgerichteten Geschwindigkeitsvektoren der Fluidelemente, welche mit dem Rührerblatt bewegt werden, und der Fluidelemente, welche durch die Öffnung in entgegengesetzter Richtung bewegt werden, wird eine gegenüber einer Anordnung ohne Öffnungen im Flügelblatt erhöhte Deformationsrate erzielt.By the oppositely directed velocity vectors the fluid elements which are moved with the stirrer blade, and the fluid elements which through the opening in opposite Direction to be moved becomes one with respect to an arrangement without openings in the blade increased Deformation rate achieved.
Durch die Kombination der Anordnung von zwei Gruppen von Flügeln mit einer dazwischen positionierten Anordnung von einer Gruppe von Strombrechern wird jedoch über die Scherrate hinaus vorteilhafterweise ein Bereich erzeugt, in welchem der Strömung eine Dehnrate aufgeprägt wird. Die Strombrecher nehmen zumindest einen Teil der Fläche senkrecht zur Längsachse ein.By the combination of the arrangement of two groups of wings with an interposed positioned arrangement of a group of current breakers but is over the shear rate advantageously generates an area in which of the flow imprinted a strain rate becomes. The baffles take at least part of the surface vertically to the longitudinal axis one.
Die Strombrecher zwingen die Strömung entlang der Längsachse zu einer Richtungsumkehr, um den Strombrecher zu passieren. Insbesondere wird der Strömung eine Komponente in radialer Richtung, also auf der Anströmseite des Strombrechers auf die Längsachse zugerichtet und auf der Abströmseite des Strombrechers von der Längsachse weg gerichtet, überlagert. Mit abnehmendem Abstand in radialer Richtung auf die Längsachse zu wird die in radialer Richtung durchströmte Fläche kleiner.The baffles force the flow along the longitudinal axis to reverse direction to pass the baffle. In particular, the flow is a component in the radial direction, that is trimmed on the upstream side of the baffle on the longitudinal axis and away on the downstream side of the baffle from the longitudinal axis directed, superimposed. With decreasing distance in the radial direction to the longitudinal axis to the flow area in the radial direction becomes smaller.
Das bedeutet, dass sich aufgrund der Massenerhaltung die Strömungsgeschwindigkeit in radialer Richtung erhöht. An Positionen, welche der Längsachse näher gelegen sind, als solche Positionen, die von der Längsachse weiter entfernt sind, herrschen damit relativ gesehen höhere Strömungsgeschwindigkeiten als an Positionen, welche in radialer Richtung weiter von der Längsachse entfernt sind. Dadurch wird eine Dehnrate erzeugt.The means that due to the conservation of mass flow rate increased in the radial direction. At positions which are the longitudinal axis closer are, as such positions, which are farther away from the longitudinal axis prevail so relatively higher flow rates as at positions which are in the radial direction farther from the longitudinal axis are removed. This creates a strain rate.
Vorteilhafterweise kann zumindest eine Gruppe von Flügeln zwei einander diametral gegenüber positionierbare Flügel aufweisen. Insbesondere können auch weitere Gruppen von Flügeln zwei einander diametral gegenüber positionierbare Flügel aufweisen. Des Weiteren kann die zumindest eine Gruppe von Flügeln mehr als zwei einander diametral gegenüber positionierbare Flügel umfassen, also insbesondere vier Flügel. Durch die Anordnung von diametral gegenüber positionierbaren Flügeln wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Leistungseintrag über die Rotation des Rührers symmetrisch verteilt in die Glasschmelze eingekoppelt werden kann. Zudem wird die Belastung des Rührers durch einen Flügel durch den anderen ausgeglichen.advantageously, At least one group of wings can be two diametrically opposed across from positionable wings exhibit. In particular, you can also other groups of wings two diametrically opposite each other have positionable wings. Furthermore, the at least one group of wings can do more as comprise two diametrically positionable wings, So in particular four wings. By the arrangement of diametrically opposite positionable wings is achieved advantageously that the power input on the Rotation of the stirrer distributed symmetrically distributed in the molten glass. In addition, the burden of the stirrer through a wing balanced with others.
Die Erfindung sieht ferner vor, dass die Blätter zumindest eines Flügels in zumindest einer Ebene parallel zur Längsachse rechteckig sind. Mit Ebenen, welche parallel zur Längsachse ausgerichtet sind, sind solche Ebenen gemeint, die keinen Winkel mit der Längsachse umschließen. Die besonders einfache Rechteckform bietet vorteilhafterweise die Möglichkeit, eine effiziente Homogenisierwirkung durch die Blätter zu erzeugen. Insbesondere erfolgt über die gesamte Höhe des Blattes eine gleichmäßig hohe Beanspruchung der Glasschmelze im Bereich, welcher in radialer Richtung gesehen zwischen der der Längsachse abgewandten Kante des Blattes und der benachbarten Wand einer das Rührsystem umgebenden Vorrichtung, in welcher sich die Glasschmelze befindet, gewährleistet werden.The The invention further provides that the leaves of at least one wing in at least one plane parallel to the longitudinal axis are rectangular. With Planes, which are parallel to the longitudinal axis are aligned, those planes are meant that have no angle with the longitudinal axis enclose. The particularly simple rectangular shape advantageously offers the Possibility, to produce an efficient homogenizing effect through the leaves. Especially done via the entire height of the sheet a uniformly high stress the molten glass in the area, which seen in the radial direction between the longitudinal axis opposite edge of the sheet and the adjacent wall of a Mixing System surrounding device in which the glass melt is located, guaranteed become.
Des Weiteren kann zumindest eine Öffnung in einem Blatt rechteckig sein. Durch diese vorteilhafterweise besonders einfache Form wird bereits bei gegebener Fläche ein relativ großer Umfang erreicht, an welchem durch die Relativbewegung der mit dem Rührerblatt mitbewegten Flüssigkeit gegenüber der durch die Öffnung, und insbesondere im Bereich deren Randes, besonders große Scherraten erzielt werden können.Of Furthermore, at least one opening in a sheet be rectangular. By this advantageously especially simple form is already given a relatively large area for a given area reached, at which by the relative movement of the with the stirrer blade with moving liquid across from the one through the opening, and especially in the area of their margin, especially large shear rates can be achieved.
Statt der oben beschriebenen Rechteckform sind grundsätzlich auch alle anderen Formen möglich. Je nach Anwendungsfall können für die Öffnungen kreisförmige oder ovale oder polygone oder aus mehreren Formen kombinierte Gestaltungen der Öffnungsfläche gewählt werden. Auch die Form der Rührerblätter kann insbesondere je nach Formgebung der Vorrichtung, in welchem sich die Glasschmelze und das Rührsystem befindet, an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.Instead of The rectangular shape described above are basically all other forms possible. Depending on the application can for the openings circular or oval or polygonal shapes or combinations of several shapes the opening area can be selected. The shape of the stirrer blades can in particular depending on the shape of the device in which the glass melt and the stirring system is adapted to the particular application.
Sind Rührerblatt und Öffnung rechteckig geformt, können vorteilhafterweise die Kanten des Blattes parallel zu den Kanten der Öffnung verlaufen. So wird auf einfache Weise eine möglichst große Abmessung der verbleibenden Randes des Rührerblattes und damit eine hohe mechanische Festigkeit erreicht.are agitator blade and opening rectangular shaped, can Advantageously, the edges of the sheet parallel to the edges the opening run. Thus, in a simple manner the largest possible dimension of the remaining Edge of the stirrer blade and thus achieves a high mechanical strength.
Unter dem Gesichtspunkt einer möglichst großen mechanischen Festigkeit ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Öffnung zentrisch im Blatt positioniert ist.Under the point of view of the largest possible mechanical Strength, it is also advantageous if the opening is centric is positioned in the leaf.
Um mit Hilfe der Strombrecher einen möglichst Bereich zu erzeugen, in dem die Schmelze einer Dehnung unterworfen wird, ist es von Vorteil, die Strombrecher derart zu gestalten, dass ihre der Anströmseite beziehungsweise der Abströmseite zugewandten Flächen für den jeweiligen Anwendungsfall so groß wie möglich gewählt werden. Die Erfindung sieht dazu vorteilhafterweise vor, dass der Winkel α zwischen den radial verlaufenden Seitenflächen eines Strombrechers einen Wert im Bereich von 0° und 360° aufweist.Around to create as much area as possible with the help of the current breaker in which the melt is subjected to an expansion, it is advantageous make the baffles such that their the inflow side or the downstream side facing surfaces for the be chosen as large as possible. The invention sees for this purpose, advantageously, that the angle α between the radially extending faces a current breaker has a value in the range of 0 ° and 360 °.
Wird ein Winkel von α = 0° gewählt, sind die beiden Seitenflächen eines Strombrechers parallel zueinander und die Abmessung des Strombrechers in Umfangsrichtung ist radial konstant. Als ein derartiger Strombrecher kann beispielsweise ein einfacher quaderförmiger Block verwendet werden.Becomes an angle of α = 0 ° are selected the two side surfaces a strombrechers parallel to each other and the dimension of the Strombrechers in The circumferential direction is radially constant. As such a power breaker For example, a simple block-shaped block can be used.
Wird ein Winkel α von 360° gewählt, bedeutet dies, dass die Seitenflächen des Strombrechers zusammenfallen. In der Praxis kann für diesen Fall nach Art einer Blende eine Scheibe verwendet werden, welche den durchströmten Querschnitt der Vorrichtung, in welcher sich die Glasschmelze befindet, bis auf einen Bereich um den Schaft des Rührsystems ausfüllt. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Dehnströmung in axialer Richtung erzeugt, welche zudem bei geeigneter Gestaltung der angeströmten Fläche des Strombrechers nahezu keine Totzonen aufweist.Becomes an angle α of 360 ° means this, that the side surfaces of the stream breaker coincide. In practice, for this Case to be used in the manner of a diaphragm a disc, which flowed through Cross-section of the device in which the glass melt is located until fills to an area around the shaft of the stirring system. On this way, an expansion flow in the axial direction is advantageously produced, which also with a suitable design of the surface of the Strombrechers has almost no dead zones.
Die geometrische Gestaltung der Strombrecher richtet sich je nach Anwendungsfall danach, welcher Strömungswiderstand in Kauf genommen werden kann, um einen ausreichenden Durchsatz bei gegebenen Leistungseintrag erzielen zu können. Um die Wirkung der Strombrecher vorteilhafterweise bei gegebenen Abmessungen erhöhen zu können, sieht die Erfindung vor, mehrere Strombrecher auf einer Höhe in Relation zur Längsachse anzuordnen. Insbesondere kann die zumindest eine Gruppe von Strombrechern zwei einander diametral gegenüber positionierbare Strombrecher aufweisen. Möglich sind jedoch auch mehr Strombrecher.Depending on the application, the geometric design of the baffles depends on which flow resistance can be accepted in order to be able to achieve a sufficient throughput for a given power input. To be able to increase the effect of the baffles advantageously given dimensions, sees the invention to arrange a plurality of baffles at a height in relation to the longitudinal axis. In particular, the at least one group of baffles may have two diametrically opposed positionable baffles. However, more power breakers are also possible.
Der Winkel zwischen den Seitenflächen ist je nach Anzahl der Strombrecher entsprechend geringer und liegt maximal bei 360° geteilt durch die Anzahl der Strombrecher. Auf diese Weise wird des Weiteren der Vorteil realisiert, für eine gegebene Anlage mehrere Strombrecher in Form von einander ergänzenden Segmenten vorgesehen werden. Je nach Anwendungsfall und zu verarbeitender Schmelze können dann mehrere dieser Segmente zu zumindest einer Gruppe von Strombrechern kombiniert werden.Of the Angle between the side surfaces Depending on the number of current breakers is correspondingly lower and is maximum shared at 360 ° by the number of current breakers. This way will further the advantage realized for a given plant several baffles in the form of complementary Segments are provided. Depending on the application and to be processed Melt can then several of these segments to at least one group of baffles be combined.
Um die Strombrecher konstruktiv auf einfache Weise und damit kostengünstig herstellen zu können, ist des Weiteren vorgesehen, dass zumindest ein Strombrecher in einer Ebene parallel zur Längsachse rechteckig ist. So können die Strombrecher aus vorgefertigten quaderförmigen Blöcken durch einfachen Zuschnitt hergestellt werden.Around the Strombrecher constructively in a simple manner and thus produce cost to be able to is further provided that at least one power breaker in a plane parallel to the longitudinal axis is rectangular. So can the baffles from prefabricated cuboid blocks by simple cutting getting produced.
Gegenüber der oben beschriebenen grundsätzlichen Anordnung mit der Abfolge einer Gruppe von Flügeln, einer Gruppe von Strombrechern und einer weiteren Gruppe von Flügeln kann das erfindungsgemäße Rührsystem durch Kombination mit weiteren Gruppen von Flügeln und/oder Gruppen von Strombrechern erweitert werden. Insbesondere kann das Rührsystem zumindest drei Gruppen von Flügeln umfassen. Ferner kann das Rührsystem zumindest zwei Gruppen von Strombrechern aufweisen.Opposite the described above in principle Arrangement with the sequence of a group of wings, a group of strombrechern and another group of wings can the stirring system according to the invention by combination with other groups of wings and / or groups of baffles be extended. In particular, the stirring system can have at least three groups of wings include. Furthermore, the stirring system have at least two groups of current breakers.
Durch die Möglichkeit zur Erweiterung in Richtung der Längsachse bietet das erfindungsgemäße Rührsystem den Vorteil, flexibel an verschiedene Vorrichtungen, in welchen sich die Glasschmelze befindet, angepasst werden zu können. Je nach Anforderungen an die Homogenisierung der Glasschmelze und Ausgangsbedingungen können auch an einem bestehenden Rührsystem Ergänzungen durch Anbau weiterer Komponenten auf einfache Weise vorgenommen und somit ein Nachrüsten erzielt werden. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung der Komponenten am Rührsystem, in welcher die Gruppen von Flügeln und die Gruppen von Strombrechern alternierend in Bezug zur Längsachse positionierbar sind.By the possibility for expansion in the direction of the longitudinal axis offers the stirring system according to the invention the advantage of being flexible to various devices in which the molten glass is to be adjusted. ever according to requirements for the homogenization of the molten glass and starting conditions can also on an existing stirring system Supplements by Cultivation of other components made in a simple manner and thus a retrofit be achieved. Particularly advantageous is an arrangement of the components on the stirring system, in which the groups of wings and the groups of baffles alternately with respect to the longitudinal axis are positionable.
Durch die Relativbewegung benachbarter Komponenten des Rührsystems in einem räumlich weit ausgedehnten Bereich entlang der Längsachse, wobei die benachbarten Komponenten zum einen Strombrecher und Flügel und zum anderen Strombrecher und Schaft sowie des Weiteren Flügel und Wand der Vorrichtung, in welcher sich die Glasschmelze befindet, sein können, können besonders hohe Deformationsraten erzielt werden.By the relative movement of adjacent components of the stirring system in a spatially far extended area along the longitudinal axis, with the adjacent Components for a Strombrecher and wings and other Strombrecher and shaft and the other wings and wall of the device in which the molten glass is located, could be, can particularly high deformation rates can be achieved.
Insbesondere auch durch die Umlenkung der Strömung in radialer Richtung zusätzlich zur Relativbewegung der mit dem Rührerblatt mitbewegten Fluidvolumina in Bezug auf die durch die Öffnung hindurch tretenden Fluidvolumina in Umfangsrichtung kann aufgrund der verbesserten Verteilung der Leistungsdichte im gesamten Bereich des vom Rührsystem beeinflussten Teils der Schmelze die Effizienz des Homogenisierens gesteigert werden. Damit ist vorteilhafterweise eine bessere Produktqualität verbunden.Especially also by the deflection of the flow in the radial direction in addition for the relative movement of the fluid volumes moved with the stirrer blade in terms of through the opening passing through fluid volumes in the circumferential direction due to the improved distribution of power density across the whole range of the stirring system affected part of the melt, the efficiency of homogenization be increased. This is advantageously associated with better product quality.
Die Integration eines Rührsystems der beschriebenen Art bereits in eine Anlage zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas ermöglicht eine kompakte Gestaltung der Anlage. Eine solche Anlage kann einen Tiegel umfassen, in welchem das Rührsystem positionierbar ist. Der Tiegel kann insbesondere zylinderförmig sein. Eine Positionierung der Längsachse des Rührsystems koaxial zur Längsachse des zylinderförmigen Tiegels ermöglicht einen rotationssymmetrischen Aufbau des das Rührsystem aufweisenden Abschnitts der Anlage, in welchem die über das Rührsystem eingetragene Leistung vorteilhafterweise relativ gleichmäßig verteilt werden kann, indem nachteilige Toträume vermieden werden.The Integration of a stirring system the type described already in a plant for melting and / or Purify made possible by glass a compact design of the plant. Such a facility can be one Include crucible in which the stirring system is positionable. The crucible may in particular be cylindrical. A positioning the longitudinal axis of the stirring system coaxial to the longitudinal axis of the cylindrical one Crucible enabled a rotationally symmetrical structure of the stirring system having portion the plant in which the over the stirring system registered power advantageously distributed relatively evenly can be avoided by avoiding adverse dead spaces.
Beim Homogenisieren wird in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens eine Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit in radialer Richtung und in Umfangsrichtung eingestellt, bei welcher sich innerhalb des Bereichs des Rührsystems die Strömungsrichtung in radialer Richtung und in Umfangsrichtung jeweils zumindest einmal umkehrt. Die das Rührsystem durchströmende Glasschmelze erfährt somit eine intensive Durchmischung durch die hohe Wahrscheinlichkeit, einen Bereich mit großer Deformationsrate zu durchlaufen.At the Homogenizing is in a further advantageous embodiment of the method, a distribution of the flow velocity in the radial direction and adjusted in the circumferential direction, in which within the Area of the stirring system the flow direction in the radial direction and in the circumferential direction in each case at least once reverses. The the stirring system flowing through Glass melt experiences thus intensive mixing due to the high probability an area with a large deformation rate to go through.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dieselben Bauteile werden auf allen Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.The Invention is described below with reference to the accompanying drawings with reference to embodiments explained in more detail. the same Components are given the same reference numbers on all drawings characterized.
Es zeigen:It demonstrate:
In
Das
Rührsystem
umfasst eine erste Gruppe
Benachbart
zu der ersten Gruppe von Flügeln
Im
ersten Ausführungsbeispiel
weisen die Strombrecher
Gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel sind
die Öffnungen
In
Es
wird im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel nach
In
Die
dadurch erzielbare Steigerung der Dehnraten gegenüber den
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
lässt sich
dadurch weiter erhöhen,
dass die Breite dieses Spaltes verringert wird, im Extremfall kann
die Breite des Spaltes 0 betragen, das heißt, es verbleibt ein Winkel
a von 360°,
also ein Strombrecher mit einer scheibenförmigen Anströmfläche, welche
in der Umgebung des Schaftes
In
Beim
Erreichen des Einflussbereiches der dem Schaft
Anhand
des Schnittes entlang der Linie A-A durch die erste Gruppe von Flügeln wird
nachfolgend die Strömung
in der Ebenes senkrecht zur Längsachse
In
In
Im
gezeigten Beispiel beträgt
der Durchmesser des Schaftes
Die
Achsen, welche in radialer Richtung zum Schaft
In
den
Bei der Berechnung werden alle am Ausgang eingetroffenen Fluidelemente mit den zugehörigen Dehnungswerten erfaßt. Dann wird eine Sortierung nach dem Diskretisierungsschema 5–10–15–20–25 durchgeführt. Es werden alle Fluidelemente gezählt, deren Dehnungswerte unterhalb der Obergrenze des betrachteten Intervalls liegen. Haben beispielsweise für den Dehnungswert 5 vier Fluidelemente einen geringeren Dehnungswert, und werden insgesamt 20 Fluidelemente betrachtet, erhält man eine Wahrscheinlichkeit von 0,2, welche dem Dehnungswert 5 zugeordnet wird. Haben beispielsweise für den Dehnungswert 10 acht Fluidelemente einen geringeren Dehnungswert, erhält man entsprechend eine Wahrscheinlichkeit von 0,4, welche dem Dehnungswert 10 zugeordnet wird. Mit steigenden Dehnungswerten der Intervallobergrenzen steigt die Wahrscheinlichkeit bis zum Maximalwert 1. Auf diese Weise wird eine Summenverteilung der Dehnungswerte berechnet.at All the fluid elements arriving at the exit are calculated with the associated Strains detected. Then sorting is performed according to the discretization scheme 5-10-15-20-25. It all fluid elements are counted, their elongation values are below the upper limit of the considered interval lie. For example, have for the expansion value 5 four fluid elements a lower elongation value, and if a total of 20 fluid elements are considered, one obtains one Probability of 0.2, which is assigned to the strain value 5 becomes. For example, have for the expansion value 10, eight fluid elements have a lower elongation value, receives one correspondingly has a probability of 0.4, which corresponds to the strain value 10 is assigned. With increasing strain values of the interval upper limits increases the probability to the maximum value 1. This way calculated a sum distribution of the strain values.
In den Längendehnungsdiagrammen sind die Werte für die Wahrscheinlichkeit zu den Intervallobergrenzen für den Dehnungswert λ aufgetragen, wobei zur besseren Darstellung log10λ zur Skalierung herangezogen wird.In the elongation diagrams are the values for the probability are plotted against the interval upper limits for the strain value λ, wherein log 10 λ is used for the scaling for a better representation.
Bei der Auftragung ist zu beachten, daß die y-Achse umgekehrt skaliert ist, um eine einfachere Vergleichsmöglichkeit der Kurven für unterschiedliche Rührsysteme zur Verfügung zu stellen. Bei einem sehr schlechten Rührer, welcher keinerlei Längendehnung der ihn passierenden Fluidelemente erzeugt, werden bereits bei der kleinsten Intervallobergrenze – im Beispiel bei einem Dehnungswert von 5 – alle Fluidelemente erfaßt, denn alle haben den Dehnungswert 1. Damit ist die Wahrscheinlichkeit für den Dehnungswert 5 bereits der Maximalwert 1.at Note that the y-axis scales inversely is to make it easier to compare the curves for different Rührsysteme to disposal to deliver. In a very bad stirrer, which no elongation created him passing fluid elements are already in the smallest interval limit - im Example with a strain value of 5 - all fluid elements detected, because all have the strain value 1. This is the probability for the Strain value 5 already the maximum value 1.
Im Dehnungsdiagramm ist dann für den Dehnungswert 5 und alle größeren Dehnungswerte der Wert 1 für die Wahrscheinlichkeit einzutragen, womit die Kurve des schlechtesten Rührers auf der sogenannten "Einslinie", der x-Achse, liegen. Die zu einem besseren Rührer gehörende Kurve liegt darüber: Werden zum Beispiel alle Fluidelemente um mindestens den Faktor 30 gedehnt – also mehr als die im Ausgangsbeispiel genannte maximale Intervallobergrenze für den Dehnungswert. so erhält man für alle Fluidelemente die Wahrscheinlichkeit 0 für die betrachteten Intervallobergrenzen. Im Dehnungsdiagramm dieses besseren Rührers liegen alle Punkte auf der sogenannten "oberen Nulllinie".in the Stretch diagram is then for the elongation value 5 and all larger elongation values the value 1 for to enter the probability with which the curve of the worst stirrer lie on the so-called "one-line", the x-axis. The one to a better stirrer belonging Curve is above: For example, all fluid elements will be at least the factor 30 stretched - so more than the maximum interval limit stated in the example for the Strain value. so receives one for one all fluid elements have the probability 0 for the considered interval upper limits. In the stretch diagram of this better stirrer, all the points are on the so-called "upper Zero line ".
Durch die Umkehrung der Skalierung der y-Achse von 1 bis 0 wird damit eine einfache Orientierung im Dehnungsdiagramm ermöglicht: Je weiter oben im Dehnungsdiagramm eine Kurve liegt, um so besser ist das Rührsystem.By the inverse of the scaling of the y-axis from 1 to 0 thus becomes a simple orientation in the expansion diagram allows: The further up in the strain diagram is a curve, the better is the stirring system.
Im
Diagramm in
Eine
deutliche Zunahme der Dehnung der Fluidelemente gegenüber dem
Rührer
R4 wird in überraschender
Weise durch das erfindungsgemäße Rührsystem
Wird
eine entspechende Betrachtung für eine
Drehzahl von 30 min–1 durchgeführt, erhält man das
in
Bei den Rührern R2 bis R4 und R6 liegen die Blätter der drei Flügelgruppen nicht in derselben Ebene. Anders ist dies beim Rührer R5, welcher drei Flügelgruppen aufweist, deren jeweils zwei Blätter derart ausgerichtet sind, daß Blätter übereinander angeordneter Flügelgruppen sich aneinander anschließen. Dadurch wird die Dehnungswirkung des Rührsystems deutlich verschlechtert. Die Kurve für den Rührer R5 liegt unterhalb aller anderen Kurven.at the stirrers R2 to R4 and R6 are the leaves of the three wing groups not in the same plane. This is different with stirrer R5, which has three wing groups each having two leaves are aligned so that leaves one above the other arranged wing groups join each other. As a result, the expansion effect of the stirring system is significantly deteriorated. The curve for the stirrer R5 is below all other curves.
Im Unterschied zu den oben diskutierten Ergebnissen der Rührer ist die Dehnungswirkung des erfindungsgemäßen Rührsystems bei der Drehzahl 30 min–1 wesentlich höher als die der übrigen Rührer. Die Anordnung eines Rührer und zumindest zweier Gruppen von Flügeln, wobei die Flügel jeweils zumindest ein Blatt umfassen, welches parallel zur Längsachse ausgerichtet ist, und zumindest eine Öffnung aufweisen, und wobei die zumindest zwei Gruppen von Flügeln am Schaft mit einem Abstand zueinander positionierbar sind, und mit zumindest einer Gruppe von Strombrechern, welche insbesondere zwischen zwei Gruppen von Flügeln positionierbar ist, bietet somit erhebliche Vorteile. Insbesondere ist die Dehnungswirkung dieses Rührsystems sehr hoch, wodurch eine effiziente Zerkleinerung von Fluidelementen und somit eine verbesserte Homogenisierung der Schmelze erreicht werden kann.In contrast to the results of the stirrers discussed above, the expansion effect of the stirring system according to the invention at the speed of 30 min -1 is significantly higher than that of the other stirrers. The arrangement of a stirrer and at least two groups of vanes, the vanes each comprising at least one blade aligned parallel to the longitudinal axis and having at least one opening, and wherein the at least two groups of vanes are positionable on the shaft at a distance from each other, and with at least one group of baffles, which in particular can be positioned between two groups of wings, thus offers considerable advantages. In particular, the expansion effect of this stirring system is very high, whereby an efficient comminution of fluid elements and thus improved homogenization of the melt can be achieved.
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