DE102006013820A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Glaskörpern, insbesondere von Glasprofilen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Glaskörpers, bevorzugt eines hohlen oder massiven Glasprofils, durch Formen des Glaskörpers in einer Heißzone, beispielsweise durch Ziehen einer Glasschmelze zu einem Glasprofil mit einem vorbestimmten Querschnitt. Bei dem Verfahren wirkt in der Heißzone auf den Glaskörper eine Substanz ein, um einer Verarmung einer Oberfläche des Glaskörpers an der Substanz oder einem Bestandteil der Substanz entgegenzuwirken. Um den Verbrauch an der Substanz zu minimieren und kontrollierte und reproduzierbare Prozessbedingungen zu ermöglichen, wird die Substanz erfindungsgemäß als substanzhaltiger Dampf oder als substanzhaltiges Aerosol in die Heißzone eingebracht. Bevorzugt wird der Dampf oder das Aerosol mittels zumindest einer Düse in die Heißzone eingesprüht. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Glasprofile zeichnen sich durch eine höhere Maßhaltigkeit und durch eine bessere Homogenität aus. Bevorzugt wird das Verfahren zur Herstellung von Glasrohren mit einem vergleichsweise hohen Anteil an B<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB> angewendet.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Glaskörpern, wie beispielsweise hohlen oder massiven Glasprofilen, insbesondere von Glasrohren oder Glasstangen, oder von Flachglas, und betrifft insbesondere die Herstellung von Glasrohren mit hoher Präzision, insbesondere mit einem vergleichsweise hohen Anteil an B2O3.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Bei der Herstellung von Glasrohren oder Glasstäben mit einem vergleichsweise hohen Anteil an B2O3 in der Glaszusammensetzung beobachtet man üblicherweise Schlieren an der Glasoberfläche, welche die Optik und Maßhaltigkeit des Produktes verschlechtern. Die Schlierenbildung ist die Folge einer Verarmung der Oberfläche des Glasrohrs oder Glasstabs an B2O3. Solche verarmten Bereiche ziehen sich beim Erstarren und Abkühlen des Glases anders zusammen als nicht verarmte Bereiche. Um einer solchen Verarmung entgegenzuwirken, ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine Boratverbindung in einer Heißzone einzudampfen, so dass der entstehende Borat-Dampf auf die Oberfläche des Glasrohrs oder Glasstabs einwirkt, um der Verarmung entgegenzuwirken. Vergleichbare Effekte treten auch bei der Herstellung von Flachglas (Floatglas) auf, wo die noch heiße Glasscheibe in ein Bad, insbesondere Zinnbad, gebracht wird und heiße Oberflächenbereiche einer Atmosphäre ausgesetzt sind, die zu einer Verarmung an einem Bestandteil der Glaszusammensetzung führen kann, insbesondere von B2O3.
  • Die 1 zeigt als Beispiel für die Herstellung eines solchen Glasprofils eine herkömmliche Glasrohrproduktionsanlage zur Herstellung von Glasrohren nach dem Danner-Verfahren. Gemäß der 1 ist in der Heizmuffel 2 eine sich konisch verjüngende Danner-Pfeife angeordnet, die sich dreht. Auf den Außenumfang der sich drehenden Danner-Pfeife 4 wird eine Glasschmelze aufgebracht, deren Wandstärke sich zum vorderen Ende der Danner-Pfeife 4 hin allmählich vergleichmäßigt. Der so entstehende Schlauch aus erweichtem Glas wird unter Ausbildung einer Ziehzwiebel 7 in der x-Richtung abgezogen. Dabei wird der sich abkühlende, jedoch noch verformbare Glasrohrstrang 8 durch einen Ziehkanal 3 gezogen, in welchem der Glasrohrstrang 8 allmählich abkühlt. Schließlich wird beim weiteren Abkühlen die Temperatur TG des Erweichungspunktes unterschritten und der abgekühlte, nicht weiter verformbare Glasrohrstrang 9 weiter in der x-Richtung abgezogen. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung stellen die Bereiche der Heizmuffel 2 und des Ziehkanals 3 eine Heißzone dar. Zur Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur in der Heizmuffel 2 sind in dieser oberhalb und unterhalb der Danner-Pfeife 4 mehrere Glasflammenheizer 5 vorgesehen. Der Ziehkanal 3 selbst wird nicht aktiv beheizt.
  • Gemäß der 1 ist im unteren Bereich des Ziehkanals 3, angrenzend an den Bereich der Heizmuffel 2, eine Nebenkammer 10 vorgesehen, in der Tröge 11 angeordnet sind, die nach oben hin, das heißt zum Ziehkanal 3 hin, offen sind und als borhaltige Lösung Borsäure aufnehmen. Aus den so ausgebildeten offenen Borsäure-Bädern verdampft Borsäure in den Ziehkanal 3. Der Borsäure-Dampf reagiert mit der gesamten heißen Oberfläche des Glasrohrstrangs 8 und der Ziehzwiebel 7 in dem Ziehkanal 3, und je nach den Prozessbedingungen auch in dem Muffelbereich, um der Verarmung an Bor auf der Oberfläche des Glasrohrs entgegenzuwirken.
  • Aufgrund der vergleichsweise hohen Verdampfungsrate müssen die mit Borsäure gefüllten Tröge 11 während des Prozesses recht häufig gewechselt werden. Üblicherweise erfolgt diese etwa alle 20 Minuten. Der Wechsel erzeugt in der Heißzone eine Temperaturstörung, was zu einer erheblich gestörten Maßhaltigkeit des erzeugten Glasrohrs führt. Die 2a zeigt den mit dem offenen Borsäure-Bad 13 gefüllten Trog 11. Dieser muss im noch heißen Zustand durch Greifen des Griffstücks 12 aus der Nebenkammer 10 herausgezogen werden, was aus Sicherheitsgründen vorsichtig zu erfolgen hat und somit zu einer vergleichsweise lange anhaltene Temperaturstörung führt. Die 2b zeigt einen solchen Trog 11 im erkalteten Zustand. Im erkalteten Zustand ist der Trog 11 mit verglaster Borsäure gefüllt. Diese muss als Sondermüll entsorgt werden, was zu hohen Entsorgungskosten führt. Bei einem typischen Prozess liegt der Borsäureverbrauch bei etwa 1.000 g/h pro Rohrzug. Tatsächlich verdampfen jedoch nur etwa 20% der Borsäure, ein hoher Prozentsatz muss somit als Sondermüll entsorgt werden. Mit einem offenen Borsäure-Bad gemäß der 1 lassen sich die Parameter des Borsäuredampfs 14 in dem Ziehkanal 3 nur in eingeschränkter Weise kontrollieren. All dies beeinträchtigt die erzielbare Optik und Maßhaltigkeit von Glasrohren. Vergleichbare Probleme treten nicht nur aufgrund der Verarmung der Oberfläche an B2O3 auf sondern durchaus auch aufgrund der Verarmung an anderen Bestandteilen, beispielsweise Alkali-Atomen.
  • Wenngleich vorstehend überwiegend als Anwendungsbeispiel überwiegend auf die Herstellung von Glasrohren Bezug genommen worden ist, treten vergleichbare Verarmungseffekte auch bei der Herstellung von Flachglas auf, auf die sich die vorliegende Erfindung somit ausdrücklich mit beziehen soll.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Glaskörpern, wie beispielsweise hohlen oder massiven Glasprofilen oder von Flachglas, mit hoher Präzision und homogenen Eigenschaften bereitzustellen. Dies und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
  • Somit geht die vorliegende Erfindung aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers, insbesondere eines hohlen oder massiven Glasprofils, durch Formen des Glaskörpers in einer Heißzone, insbesondere durch Ziehen einer Glassschmelze zu dem Glasprofil in der Heißzone, wobei auf den Glaskörper in der Heizzone eine Substanz einwirkt, um einer Verarmung einer Oberfläche des Glasprofils an der Substanz oder einem Bestandteil der Substanz entgegenzuwirken. Erfindungsgemäß wird die Substanz als substanzhaltiger Dampf oder als substanzhaltiges Aerosol in die Heißzone eingebracht. Somit werden die Konzentration um andere Parameter des Dampfs oder Aerosols in der Heißzone nicht mehr nur durch Druck und Temperatur in der Heißzone festgelegt, sondern können diese Parameter vielmehr auch außerhalb der Heißzone vorgegeben werden und die den Dampf oder das Aerosol bildende Lösung dann aktiv der Heißzone zugeführt werden, um dort zu dem Dampf verdampft oder zu dem Aerosol versprüht zu werden. Vorteilhaft ist, dass die vorgenannten Parameter erfindungsgemäß präziser und wiederholbarer vorgegeben werden können. Somit kann einer Verarmung an der Substanz oder einem Bestandteil der Substanz auf der Oberfläche des Glaskörpers, insbesondere eines Glasrohrs oder Glasschlauchs, gezielter und kontrollierter bzw. reproduzierbarer entgegen gewirkt werden. Außerdem ist die Wechselwirkung zwischen dem Dampf bzw. Aerosol und der noch heißen Oberfläche in der Heißzone wesentlich intensiver, sodass eine erheblich geringere Substanzmenge verbraucht wird, was erfindungsgemäß zu erheblichen Einsparungen führt.
  • Bei dem Dampf handelt es sich um ein Gas, welches noch in Kontakt mit der flüssigen Phase einer die Substanz enthaltenden Lösung steht, aus der das Gas durch Verdampfung hervorgegangen ist. Zwischen der flüssigen und gasförmigen Phase stellt sich dabei ein dynamisches Gleichgewicht ein. Bei dem Aerosol handelt es sich um ein Gas mit darin mitschwebenden, feinst verteilten (dispergierten) flüssigen Teilchen, gebildet aus der die Substanz enthaltenden Lösung. Bevorzugt wird die die Substanz enthaltende Lösung außerhalb der Heißzone aufbewahrt bzw. gemischt, bevorzugt bei einer im Vergleich zur Temperatur in der Heißzone niedrigen Temperatur. Grundsätzlich kann die die Substanz enthaltende Lösung jedoch auch erst unmittelbar vor dem Einbringen in die Heißzone angemischt werden, beispielsweise auch während des Einsprühens des substanzhaltigen Dampfes oder Aerosols in die Heißzone.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Dampf oder das Aerosol in die Heißzone mittels zumindest einer Düse eingesprüht. Geometrie, Düsenöffnungsgröße, Lage und weitere Parameter der Düse können in vorteilhaft einfacher Weise reproduzierbar eingestellt werden. Somit lassen sich die vorgenannten Parameter, welche die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Dampfes oder Aerosols festlegen, kontrolliert und in reproduzierbarer Weise vorgeben.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform durchragt die Düse eine die Heißzone begrenzende Wand. Somit gelangt nur der Düsenkopf mit der heißen Atmosphäre im Innenraum der Heißzone in Kontakt, nicht jedoch der restliche Düsenkörper. Dieser kann somit effizient gekühlt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Düse oder wird der Düsenkörper gemeinsam mit der Düse oberflächlich gekühlt. Somit kann die die Substanz enthaltende Lösung mit konstanter Rate zur Heißzone gefördert und in diese zur Ausbildung des Dampfes oder Aerosols kontrolliert eingesprüht werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der erkaltete Glaskörper, insbesondere das erkaltete Glasrohr, stromabwärts der Heißzone während des Herstellungsprozesses geprüft auf die Einhaltung wichtiger Eigenschaften, wie beispielsweise optische Qualität und Homogenität sowie Maßhaltigkeit, ausgedrückt durch die Konstanz der Wandstärke und/oder des Innendurchmessers und/oder des Außendurchmessers und/oder eines vorbestimmten Profils des Glaskörpers, insbesondere Glasrohrs. Zu diesem Zweck ist stromabwärts der Heißzone zweckmäßig eine entsprechend ausgelegte Prüfstation vorgesehen, welche den Glaskörper, insbesondere das Glasrohr, optisch oder in anderer Weise berührungsfrei oder auch berührend prüft. Das Ergebnis einer solchen Prüfung wird einer Steuereinrichtung zugeführt, die auf der Grundlage dieser Prüfung Parameter verändert, die einen Einfluss auf die physikalischen oder chemischen Eigenschaften des substanzhaltigen Dampfes oder Aerosols haben. Insbesondere kann auf diese Weise die Sprührate und/oder Position und/oder Geometrie der jeweiligen Düse oder auch die Konzentration der Substanz in der den Dampf oder das Aerosol ausbildenden Lösung verändert werden. Die Veränderungswerte können der Steuereinrichtung in Form einer Referenz-Datentabelle zur Verfügung stehen, die insbesondere auf im Voraus ermittelten Messreihen beruht oder während einer laufenden Produktion permanent aktualisiert wird, insbesondere durch Mittelwertbildung der relevanten Parameter und Prüfergebnisse.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine Düse oberhalb eines, in der Glasprofilabziehrichtung betrachtet, vorderen Endes des Muffelbereichs angeordnet. Diese Position hat sich als besonders effizient zum gleichmäßigen Einsprühen des substanzhaltigen Dampfes oder Aerosols erwiesen. Überraschenderweise hat auch die Längsposition der Düse in dem Muffelbereich einen großen Einfluss auf die Rohrqualität. Insbesondere hat sich der Energieaustrag aus dem Muffelbereich bei der Stellung Muffelausmauerung gleich Düsenkante als positiv auf die Maßhaltigkeit ausgewirkt. Zwar können auch mehrere Düsen in den Muffelbereich eingebaut sein, überraschenderweise hat sich jedoch die Anordnung nur einer Düse in dem Muffelbereich, insbesondere an den vorgenannten Positionen, als ausreichend und vorteilhaft erwiesen. Dadurch wird noch weniger Substanz verbraucht.
  • Eine bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung betrifft die Herstellung von Glaskörpern, insbesondere von Glasrohren oder Flachglas, mit einem hohen Anteil an B2O3 in der Glaszusammensetzung, insbesondere von mehr als 5% B2O3. Um der Verarmung an Bor auf der Oberfläche des Glaskörpers, insbesondere Glasrohrs, entgegenzuwirken, werden erfindungsgemäß Boratverbindungen in die Heißzone eingedampft. Zu diesem Zweck enthält die den Dampf oder das Aerosol ausbildende Lösung als Substanz eine Borverbindung, ganz besonders bevorzugt ein Alkali- oder Erdalkaliborat.
  • Bei üblichen Prozessbedingungen hat sich die Verwendung einer Borlösung mit einer Konzentration zwischen etwa 1 g/l bis etwa 90 g/l, bevorzugter zwischen etwa 5 g/l bis etwa 40 g/l, als vorteilhaft erwiesen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine solche Lösung zweckmäßig mit einer Rate von etwa 0,2 l/h bis etwa 20 l/h, bevorzugter mit einer Rate von etwa 0,2 l/h bis etwa 3 l/h, und einem Druck bis zu etwa 20 bar in die Heißzone eingebracht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei sämtlichen üblichen Glasrohr-Ziehverfahren eingesetzt werden, beispielsweise bei dem bekannten Danner-Verfahren, wie beispielsweise in DE 497 649 offenbart, dem bekannten Vello-Verfahren, wie beispielsweise in US 2,009,793 offenbart oder üblichen Down-Draw-Verfahren. Der Inhalt der vorgenannten Druckschriften sei zu Offenbarungszwecken in der vorliegenden Anmeldung ausdrücklich mit aufgenommen. In entsprechender Weise eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Herstellung von massiven, d.h. nicht hohlen, Glasprofilen mit beliebigem Querschnitt.
  • Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft somit eine entsprechend ausgebildete Vorrichtung zur Herstellung eines Glasprofils, wie vorstehend ausgeführt. Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer solchen Vorrichtung zur Herstellung von Glasrohren nach üblichen Glasrohr-Ziehverfahren, insbesondere nach einem Danner-Verfahren oder Vello-Verfahren.
  • Figurenübersicht
  • Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:
  • 1 eine Glasrohrproduktionsanlage nach dem bekannten Danner-Verfahren mit Verdampfung von Borsäure in dem Ziehkanal aus offenen Trögen gemäß dem Stand der Technik;
  • 2a einen offenen Trog der Anlage gemäß der 1 vor dem Verdampfen der Borsäure;
  • 2b einen Trog der Anlage gemäß der 1 nach dem Verdampfen von Borsäure;
  • 3 die Auslegung einer Druckdüse zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 einen Ausschnitt der Heizmuffel einer Glasrohrproduktionsanlage in einem Längsschnitt;
  • 5 in einer Querschnittsansicht die Anordnung der Druckdüse gemäß der 3 im Wandbereich der Heizmuffel eine erfindungsgemäßen Glasrohrproduktionsanlage; und
  • 6 schematisch den Aufbau einer Pumpeinheit zum Zuführen eines substanzhaltigen Lösung zu der Druckdüse gemäß der 3.
  • In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Elementgruppen.
  • Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
  • Grundsätzlich hat eine erfindungsgemäße Glasrohrproduktionsanlage, die nachfolgend als Beispiel einer Anlage zur Herstellung von Glasprofilen im Sinne der vorliegenden Erfindung beschrieben werden soll, einen Aufbau, wie vorstehend anhand der 1 beschrieben. Anstelle der in einer Nebenkammer angeordneten offenen Tröge ist bzw. sind jedoch erfindungsgemäß eine oder mehrere Sprühdüsen 23 an der Wand der Heizmuffel 2 vorgesehen, wie in der 4 gezeigt. Gemäß der 4 ist eine Sprühdüse 23, in Glasrohrabziehrichtung x betrachtet, nahe dem vorderen Ende der Heizmuffel 2 und oberhalb des vorderen unteren Gasflammenheizers 5 angeordnet. Wie dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich sein wird, kann der Muffelbereich grundsätzlich auch elektrisch beheizt werden. Durch die Sprühdüse 23 wird ein substanzhaltiger Dampf oder ein substanzhaltiges Aerosol in den Innenraum der Heizmuffel 2 eingesprüht. Dies kann bei hohem Druck erfolgen, so dass die substanzhaltige Lösung insbesondere auch aus feinst verteilten (dispergierten) flüssigen Teilchen bestehen kann, die in dem im Innenraum vorhandenen Gas mitschweben. Ein solcher Dampf bzw. Aerosol lagert sich auf der Außenoberfläche des noch heißen Glasrohrstrangs ab, insbesondere bei einer Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur TG, und reagiert unter Zersetzung und Abgabe der Substanz an die Glasoberfläche. Auf diese Weise wird einer Verarmung der Oberfläche des Glasrohrs an der Substanz oder einem Bestandteil der Substanz entgegen gewirkt. Zur entsprechenden Verteilung kann die Sprühdüse 23 eine oder mehrere Düsenöffnungen aufweisen, deren Öffnungsweite der Fachmann auf Grundlage der vorliegenden Offenbarung mit wenigen Versuchsreihen in einfacher Weise ableiten kann.
  • Gemäß der 3 umfasst die insgesamt 20 bezeichnete Druckdüse einen Düsenkörper 21, an dessen vorderem Ende die vorgenannte Sprühdüse 23 vorgesehen ist und an dessen hinterem Ende ein Einlass 22 vorgesehen ist, der mit der Sprühdüse 23 kommuniziert und mit der zu versprühenden substanzhaltigen Lösung versorgt wird, wie nachfolgend anhand der 6 beschrieben. Um eine Verpuffung der substanzhaltigen Lösung in dem heißen Düsenkörper 21 und eine Überhitzung oder gar ein Schmelzen des Düsenkörpers 21 zu verhindern, wird der Düsenkörper 21, gegebenenfalls zusätzlich die Sprühdüse 23, oberflächlich gekühlt. Zu diesem Zweck umgibt den Düsenkörper 21 ein Kühlmantel 24 mit einem Verzweigungsstück 25 am hinteren Ende des Düsenkörpers 21. In dem Verzweigungsstück 25 ist ein Kühlmitteleinlass 26 und ein Kühlmittelauslass 27 vorgesehen, die mit einem Kühlmittelkreislauf verbunden sind. Der Kühlmantel 24 und das Verzweigungsstück 25 werden von dem Kühlmittel durchströmt und so der Düsenkörper 21 und die Sprühdüse 23 gekühlt.
  • Gemäß der 5 durchragt die so ausgebildete Druckdüse eine Ausnehmung 18 der Wand 17 der Heizmuffel. Gemäß der 5 steht die Druckdüse senkrecht zur Wand 17 und schließt die Sprühdüse 23 bündig mit der Innenseite der Wand 17 ab. Der substanzhaltige Dampf bzw. das Aerosol werden somit von der in der Wand 17 ausgebildeten Ausnehmung 18 senkrecht in den Innenraum der Heizmuffel eingesprüht.
  • Zur Versorgung der Druckdüse ist diese mit einem Reservoir für die substanzhaltige Lösung verbunden. Dies wird nachfolgend beispielhaft anhand der 6 beschrieben. Gemäß der 6 verbindet ein Rohr 32 das nicht dargestellte Reservoir mit dem Medium-Einlass der Druckdüse. Eine von einem Elektromotor 31 getriebene Druckpumpe 30 saugt die substanzhaltige Lösung an und führt diese dem Medium-Einlass der Druckdüse zu. Die Pumpeinheit umfasst dabei einen Filter 33, der in einem Schauglas 34 mit einer Entlüftung 35 angeordnet ist. Auf diese Weise können Verunreinigungen, welche die Zuführung der substanzhaltigen Lösung beeinträchtigen, ohne weiteres erkannt werden. Der Druck, mit dem die substanzhaltige Lösung der Druckdüse zugeführt wird, kann weiter mit Hilfe eines Manometers 36 eingestellt werden.
  • Zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Glasrohrproduktionsanlage ist eine Steuereinheit vorgesehen, die wichtige, die physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Dampfes oder Aerosols beeinflussende Parameter ändern kann. Das entsprechende Steuerprogramm kann auf Erfahrungswerten basieren oder kann in der Art einer Regelung auf dem Ergebnis einer Prüfung des bereits erkalteten Glasrohrstrangs auf wichtige Eigenschaften, insbesondere optische Qualität und Güte sowie Maßhaltigkeit, basieren. Insbesondere kann auf diese Weise die Konzentration der substanzhaltigen Lösung geeignet eingestellt werden oder die Rate und/oder der Druck, mit der bzw. dem die substanzhaltige Lösung der Druckdüse zugeführt wird. Weitere veränderbare Größen sind insbesondere: Position, Orientierung, Öffnungsweite, Geometrie und Auslegung der Druckdüse, Anzahl der zugeschalteten Druckdüsen in der Heißzone.
  • Ausführungsbeispiele
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei der Herstellung von Glasrohren mit einem Anteil von mehr als 5 % B2O3 in der Glaszusammensetzung bei einem Danner-Verfahren eingesetzt. Zu diesem Zweck wird eine Boratverbindung in den Innenraum der Heizmuffel (vgl. 1 und 4) in Form eines borathaltigen Dampfes oder Aerosols eingebracht. Die Konzentration der Borlösung wurde auf 25 g/l eingestellt und mittels der Pumpeinheit gemäß der 6 einer Druckdüse gemäß der 3 zugeführt, die gemäß den 4 und 5 angeordnet war. Die Pumpeinheit führte die Borlösung mit einer Rate von etwa 1 l/h zu. Gemessen wurde die Maßhaltigkeit des hergestellten Glasrohrs. Zu diesem Zweck wurde ein Profil des Außendurchmessers und Innendurchmessers sowie der Wandstärke des Glasrohrs in Axialrichtung ermittelt. Ferner wurde die Standardabweichung bestimmt. Diese betrug bei den Prozessbedingungen 0,022.
  • Bei ansonsten identischen Prozessbedingungen wurde ein Glasrohr derselben Zusammensetzung gemäß dem Danner-Verfahren mittels einer herkömmlichen Anlage, wie in der 1 gezeigt, hergestellt. Das so hergestellte Glasrohr wurde identisch vermessen und die Standardabweichung ermittelt. Diese betrug 0,064.
  • Es konnte somit eine erhebliche Verbesserung der Standardabweichung beobachtet werden. Ferner konnte eine Verbesserung der Maßhaltigkeit des Glasrohrs um etwa 2 % festgestellt werden.
  • Weitere Versuchsreihen haben ergeben, dass sich die Konzentration der Borlösung zwischen etwa 1 g/l und 90 g/l bewegen kann. Eine noch höhere Maßhaltigkeit konnte festgestellt werden, wenn sich die Konzentration der Borlösung zwischen etwa 5 g/l und 40 g/l bewegte. Als zweckmäßig wird eine Konzentration von etwa 25 g/l erachtet. Die Druckpumpe zum Zuführen der Lösung zur Druckdüse muss für geringe Mengen und hohe Drücke ausgelegt sein, idealerweise für Förderraten zwischen etwa 0,2 l/h bis etwa 20 l/h, bevorzugter zwischen etwa 0,2 l/h bis etwa 4 l/h, und für Drücke bis zu etwa 20 bar. Weitere Versuchsreihen haben ergeben, dass etwa 15 g/h bis etwa 150 g/h Borverbindung verbraucht werden und diese vollständig durch die Glasoberfläche absorbiert wird. Es konnte nicht nur eine Verbesserung der Maßhaltigkeit sondern auch eine Verbesserung der optischen Qualität und Homogenität des Glasrohrs festgestellt werden.
  • Wie dem Fachmann beim Studium der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres ersichtlich sein wird, kann die Erfindung bei beliebigen Glasrohr-Ziehverfahren Anwendung finden, insbesondere auch bei Vello-Verfahren und Down-Draw-Verfahren. Ferner wird dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich sein, dass gemäß dem allgemeinen Erfindungsgedanken auch der Verarmung an anderen Ionen bzw. Atomen auf der Glasoberfläche von Glasrohren entgegen gewirkt werden kann, insbesondere von Natrium-Ionen. Wenngleich die Erfindung vorstehend anhand des Beispiels der Herstellung eines Glasrohrs beschrieben wurde, bei der das Glasrohr durch Ziehen einer Glasschmelze zu einem Schlauch aus erweichtem Glas und Heißformgebung zu dem Glasrohr hergestellt wird, kann die Erfindung in entsprechender Weise auch bei der Herstellung von massiven, d.h. nicht hohlen, Glasprofilen belieben Querschnitts angewendet werden. Selbstverständlich kann die Erfindung in entsprechender Weise auch bei der Herstellung von Flachglas Anwendung finden, wenn der substanzhaltige Dampf oder das substanzhaltige Aerosol oberhalb des Zinnbads und der noch heißen Oberfläche der Glasscheibe in die darüber befindliche Atmosphäre, insbesondere Schutzgasatmosphäre, eingebracht wird.
  • Erfindungsgemäß lassen sich die physikalischen und chemischen Parameter des Dampfes oder Aerosols präzise und wiederholbar vorgeben. Auch eine Steuerung oder Folgeregelung der Prozessparameter ist möglich. Erfindungsgemäß kann der Verbrauch gefährlicher oder gar toxischer Substanzen bei der Glasprofilproduktion minimiert werden und brauchen auch keine gefährlichen Abfallstoffe mehr als Sondermüll entsorgt werden. Überraschenderweise konnte eine erhebliche Verbesserung der Maßhaltigkeit der hergestellten Glasprofile beobachtet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit insbesondere auch für die Herstellung von Präzisions-Glasprofilen geeignet.
  • 1
    Glasrohrproduktionsanlage
    2
    Heizmuffel
    3
    Heißzone/Ziehkanal
    4
    Dannerpfeife
    5
    Gasflammenheizer
    6
    Glasschmelze
    7
    Ziehzwiebel
    8
    Abkühlender Glasrohrstrang
    9
    Abgekühlter Glasrohrstrang
    10
    Nebenkammer
    11
    Trog
    12
    Griff
    13
    Flüssige Borsäure
    14
    Borsäuredampf
    15
    Verglaste Borsäure
    17
    Wand
    18
    Ausnehmung
    20
    Druckdüse
    21
    Düsenkörper
    22
    Medium-Einlass
    23
    Sprühdüse
    24
    Kühlmantel
    25
    Verzweigungsstück
    26
    Kühlmitteleinlass
    27
    Kühlmittelauslass
    30
    Pumpe
    31
    Elektromotor
    32
    Rohr
    33
    Filter
    34
    Schauglas
    35
    Entlüftung
    36
    Manometer
    x
    Glasrohrabziehrichtung

Claims (27)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers durch Formen in einer Heißzone (2, 3), bei welchem Verfahren in der Heißzone (2, 3) auf den Glaskörper (68) eine Substanz einwirkt, um einer Verarmung einer Oberfläche des Glaskörpers (68) an der Substanz oder einem Bestandteil der Substanz entgegenzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz als substanzhaltiger Dampf oder als substanzhaltiges Aerosol in die Heißzone eingebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Dampf oder das Aerosol in die Heißzone (2, 3) mittels zumindest einer Düse (20) eingesprüht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Düse (20) jeweils eine die Heißzone (2, 3) begrenzende Wand (17) durchragt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem ein Düsenkörper (21) oder der Düsenkörper (21) und die Düse (20) jeweils oberflächlich gekühlt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem eine Spührate und/oder Position und/oder Geometrie der jeweiligen Düse (20) in Abhängigkeit vom Ergebnis einer nachgeordneten Prüfung des Glasprofils (9) während des Herstellungsprozesses verändert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Glaskörper ein Glasprofil ist, insbesondere ein Glasrohr, das durch Ziehen einer Glasschmelze zu einem dem Glasprofil mit einem vorbestimmten Querschnitt in der Heißzone ausgebildet wird, wobei die Heißzone ein Muffelbereich (2) ist und die jeweilige Düse (20), in Glasprofilabziehrichtung (x) betrachtet, an einem vorderen Ende des Muffelbereichs (2) angeordnet ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem zumindest eine Düse (20) oberhalb eines, in Glasprofilabziehrichtung (x) betrachtet, vorderen unteren Brenners (5) des Muffelbereichs (2) angeordnet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Dampf oder das Aerosol durch Einsprühen einer Lösung hergestellt wird, in welcher die Substanz gelöst ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Substanz eine Borrverbindung ist und die Zusammensetzung des Glasprofils B2O3 enthält.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Borrverbindung ein Alkali- oder Erdalkaliborat ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Borlösung eine Konzentration von 1 g/l bis 90 g/l, bevorzugter 5 g/l bis 40 g/l, aufweist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Lösung mit einer Rate von 0,2 l/h bis 20 l/h, bevorzugter 0,2 l/h bis 3 l/h, und einem Druck bis zu 20 bar in die Heißzone (2, 3) eingebracht wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Glaskörper ein Glasrohr ist, das durch Ziehen der Glasschmelze zu einem Schlauch (6, 7) aus erweichtem Glas und Heißformgebung zu dem Glasrohr (9) hergestellt wird, insbesondere nach einem Danner-Verfahren oder Vello-Verfahren.
  14. Vorrichtung zur Herstellung eines Glaskörpers, mit einer Heißzone (2, 3), in welcher der Glaskörper geformt wird, wobei die Heißzone (2, 3) so ausgelegt ist, dass auf den Glaskörper (68) eine Substanz einwirkt, um einer Verarmung einer Oberfläche des Glaskörpers (68) an der Substanz oder einem Bestandteil der Substanz entgegenzuwirken, dadurch gekennzeichnet, dass in der Heißzone (2, 3) eine Sprüheinrichtung vorgesehen ist, um die Substanz als substanzhaltigen Dampf oder als substanzhaltiges Aerosol in die Heißzone einzubringen.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Sprüheinrichtung (20) zumindest einen Düsenkörper (21) mit einer Düse (23) umfasst, um den Dampf oder das Aerosol in die Heißzone (2, 3) einzusprühen.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Düsenkörper (21) an einer die Heißzone (2, 3) begrenzenden Wand (17) so vorgesehen ist, dass der Dampf oder das Aerosol durch eine in der Wand (17) ausgebildete Ausnehmung (18) hindurch in die Heißzone (2, 3) eingesprüht wird.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, bei der dem Düsenkörper (21) jeweils eine Kühleinrichtung (24, 25) zugeordnet ist, um den Düsenkörper (21) oder den Düsenkörper (21) und die Düse (20) oberflächlich zu kühlen.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Kühleinrichtung (24, 25) von einem Kühlmittel durchströmbar ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, weiterhin umfassend eine der Heißzone (2, 3) nachgeordnete Prüfstation zum Prüfen des Glaskörpers (9) während eines Herstellungsprozesses sowie eine Steuereinrichtung, um von der Prüfstation ein Ergebnis einer Prüfung des Glaskörpers (9) zu erhalten, wobei die Steuereinrichtung ausgelegt ist, um eine Spührate und/oder Position und/oder Geometrie der jeweiligen Düse (20) in Abhängigkeit vom Ergebnis der Prüfung des Glaskörpers (9) während des Herstellungsprozesses zu verändern.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei der die Heißzone ein Muffelbereich (2) ist, worin ein Glasprofil durch Ziehen einer Glasschmelze ausgebildet ausgebildet wird, wobei die jeweilige Düse (20), in Glasprofilabziehrichtung (x) betrachtet, an einem vorderen Ende des Muffelbereichs (2) angeordnet ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der zumindest eine Düse (20) oberhalb eines, in Glasprofilabziehrichtung (x) betrachtet, vorderen unteren Brenners (5) des Muffelbereichs (2) angeordnet ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, weiterhin umfassend ein Reservoir zum Bereitstellen einer Lösung, in welcher die Substanz gelöst ist, und zum Zuführen der Lösung zu der jeweiligen Düse (20), wobei die Düse (20) ausgelegt ist, um die Lösung zur Ausbildung des Dampfs oder Aerosols zu versprühen.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der das Reservoir eine Lösung, in der eine Borverbindung gelöst ist, aufnimmt, wobei die Zusammensetzung des Glaskörpers B2O3 enthält.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der die Borverbindung ein Alkali- oder Erdalkaliborat ist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 oder 24, bei der das Reservoir eine Borlösung mit einer Konzentration von 1 g/l bis 90 g/l, bevorzugter 5 g/l bis 40 g/l, aufnimmt.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, weiterhin umfassend eine Pumpe (30), um der Düse die Lösung mit einer Rate von 0,2 l/h bis 20 l/h, bevorzugter 0,2 l/h bis 3 l/h, und einem Druck bis zu 20 bar zuzuführen.
  27. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 26 zur Herstellung von Glasrohren nach einem Danner-Verfahren oder Vello-Verfahren durch Ziehen der Glasschmelze zu einem Schlauch (6, 7) aus erweichtem Glas und Heißformgebung zu dem Glasrohr (9).
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