DE102006013820B4

DE102006013820B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Glasprofils und Verwendung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102006013820B4
Application number: DE102006013820.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Sollfrank; Reinhard Gmeiner
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2016-04-07
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: DE102006013820A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Glasprofils (9), das durch Ziehen einer Glasschmelze (6) zu einem Glasprofil (9) mit einem vorbestimmten Querschnitt in einer als Muffelbereich (2) ausgebildeten Heißzone gebildet wird, wobei bei der Herstellung in den Muffelbereich (2) eine Substanz mittels zumindest einer Druckdüse (20) als substanzhaltiger Dampf oder als substanzhaltiges Aerosol in den Muffelbereich (2) eingesprüht wird, wobei die zumindest eine Druckdüse (20) jeweils eine den Muffelbereich (2) begrenzende Wand (17) durchragt, sodass sich der Dampf oder das Aerosol auf einer Außenoberfläche des Glasprofils (9) ablagert und einer Verarmung der Oberfläche des Glasprofils (9) an der Substanz oder einem Bestandteil der Substanz entgegengewirkt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von 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 6 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 T_G 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 2, 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 dies 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 anhaltenden Temperaturstörung führt. Die 2b zeigt einen solchen Trog 11 im erkalteten Zustand. Im erkalteten Zustand ist der Trog 11 mit verglaster Borsäure 15 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 als Anwendungsbeispiel überwiegend auf die Herstellung von Glasrohren Bezug genommen worden ist, treten vergleichbare Verarmungseffekte auch bei der Herstellung von Flachglas auf.
DE 100 16 108 A1 der Anmelderin offenbart das Einbringen einer Substanz zur Innenbeschichtung von Glasrohren während der Heißformgebung nach dem sog. Vello-Verfahren, wobei die Substanz durch den Nadelschaft des Ziehdorns hindurch direkt in den Heißformungsbereich und somit in den heißen und noch verformbaren Glasrohrstrang eingesprüht wird. Hierzu sind Mittel zur Einstellung und Regulierung der Gasatmosphäre in diesem Bereich vorgesehen.
DE 102 30 496 C1 offenbart eine Vorrichtung zur Entfernung der Verdampfungsprodukte im Ziehzwiebelbereich einer Danner-Pfeife zur Herstellung von Glasrohren, wobei die Danner-Pfeife eine Hohlwelle zur Führung von Blasluft, mindestens eine Bohrung im Pfeifenkopf und mindestens eine einstellbare Drossel aufweist. Zur Entfernung der Verdampfungsprodukte liegt die Austrittsöffnung der Bohrung, in Ziehrichtung gesehen, nach der Austrittsöffnung der Hohlwelle.
DE 101 27 141 C1 offenbart eine Dannerpfeife zur Herstellung von Glasrohren, wobei ein kontinuierlicher Strang von Glasschmelze auf ein langsam rotierendes Rohr aufläuft und ein Verdampfungsschutz vorgesehen ist. Zur Abschirmung durch eine Schutzgasatmosphäre weist die Dannerpfeife einen zweiten Mantel auf, der mit Stegen auf einen vorgegebenen Abstand zur Dannerpfeife gehalten wird und direkten Kontakt mit dem Glas hat.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von hohlen oder massiven Glasprofilen 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 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen oder massiven Glasprofils durch Ziehen einer Glassschmelze zu dem Glasprofil mit einem vorbestimmten Querschnitt in einer als Muffelbereich 2 ausgebildeten Heißzone bereitgestellt, wobei in dem Muffelbereich 2 eine Substanz mittels zumindest einer Düse als substanzhaltiger Dampf oder als substanzhaltiges Aerosol in den Muffelbereich 2 eingesprüht wird, um auf das Glasprofil einzuwirken und einer Verarmung einer Oberfläche des Glasprofils an der Substanz oder einem Bestandteil der Substanz entgegenzuwirken, wobei die Düse jeweils eine den Muffelbereich (2) begrenzende Wand durchragt, sodass sich der Dampf oder das Aerosol auf einer Außenoberfläche des Glasprofils ablagert.
Somit werden die Konzentration und andere Parameter des Dampfs oder Aerosols in dem Muffelbereich 2 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 dem Muffelbereich 2 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 Glasprofils, 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 dem Muffelbereich 2 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 mit schwebenden, 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 den Muffelbereich 2 angemischt werden, beispielsweise auch während des Einsprühens des substanzhaltigen Dampfes oder Aerosols in den Muffelbereich 2.
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.
Erfindungsgemäß durchragt die Düse eine den Muffelbereich 2 begrenzende Wand. Somit gelangt nur der Düsenkopf mit der heißen Atmosphäre im Innenraum des Muffelbereichs 2 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 das erkaltete Glasprofil, 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 Glasprofils, insbesondere Glasrohrs. Zu diesem Zweck ist stromabwärts der Heißzone zweckmäßig eine entsprechend ausgelegte Prüfstation vorgesehen, welche das Glasprofil, 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 2 angeordnet. Diese Position hat sich als besonders effizient zum gleichmäßigen Einsprühen des substanzhaltigen Dampfes oder Aerosols erwiesen. Überraschenderweise hat auch die Längsposition der Druckdüse 20 in dem Muffelbereich 2 einen großen Einfluss auf die Rohrqualität. Insbesondere hat sich der Energieaustrag aus dem Muffelbereich 2 bei der Stellung Muffelausmauerung gleich Düsenkante als positiv auf die Maßhaltigkeit ausgewirkt. Zwar können auch mehrere Druckdüsen 20 in den Muffelbereich 2 eingebaut sein, überraschenderweise hat sich jedoch die Anordnung nur einer Druckdüse 20 in dem Muffelbereich 2, 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 Glasprofilen, insbesondere von Glasrohren, mit einem hohen Anteil an B₂O₃ in der Glaszusammensetzung, insbesondere von mehr als 5% B₂O₃. Um der Verarmung an Bor auf der Oberfläche des Glasprofils, 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 1 g/l bis 90 g/l, bevorzugter zwischen 5 g/l bis 40 g/l, als vorteilhaft erwiesen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine solche Lösung zweckmäßig mit einer Rate von 0,2 l/h bis 20 l/h, bevorzugter mit einer Rate von 0,2 l/h bis 3 l/h, und einem Druck bis zu 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 A offenbart, bei dem bekannten Vello-Verfahren, wie beispielsweise in US 2 009 793 A offenbart, oder bei 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 20 zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 einen Ausschnitt der Heizmuffel 2 einer Glasrohrproduktionsanlage in einem Längsschnitt;
5 in einer Querschnittsansicht die Anordnung der Druckdüse 20 gemäß der 3 im Wandbereich der Heizmuffel 2 eine erfindungsgemäßen Glasrohrproduktionsanlage; und
6 schematisch den Aufbau einer Pumpeinheit zum Zuführen eines substanzhaltigen Lösung zu der Druckdüse 20 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 2 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 T_G, 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 mit dem Bezugszeichen 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 2. 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 2 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 2 (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 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 2% festgestellt werden.
Weitere Versuchsreihen haben ergeben, dass sich die Konzentration der Borlösung zwischen 1 g/l und 90 g/l bewegen kann. Eine noch höhere Maßhaltigkeit konnte festgestellt werden, wenn sich die Konzentration der Borlösung zwischen 5 g/l und 40 g/l bewegte. Als zweckmäßig wird eine Konzentration von 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 0,2 l/h bis 20 l/h, bevorzugter zwischen 0,2 l/h bis 4 l/h, und für Drücke bis zu 20 bar. Weitere Versuchsreihen haben ergeben, dass 15 g/h bis 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.
Bezugszeichenliste

1: Glasrohrproduktionsanlage
2: Heizmuffel, Muffelbereich
3: Ziehkanal
4: Dannerpfeife
5: Gasflammenheizer
6: Glasschmelze
7: Ziehzwiebel
8: Abkühlender Glasrohrstrang
9: Abgekühlter Glasrohrstrang, Glasprofil
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: Kühleinrichtung
25: Verzweigungsstück
26: Kühlmitteleinlass
27: Kühlmittelauslass
30: Pumpe
31: Elektromotor
32: Rohr
33: Filter
34: Schauglas
35: Entlüftung
36: Manometer
x: Glasrohrabziehrichtung

Claims

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