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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Läutern
einer Glasschmelze unter Unterdruck, bei welchen die zu läuternde
Glasschmelze aus einem Vorratsbehälter über ein Steigrohr in eine unter
Unterdruck stehende Läuterkammer
geführt
wird, in welcher der Pegel der Glasschmelze deutlich oberhalb des
Pegels in dem Vorratsbehälter
liegt, und im Abstand von der Mündung
des Steigrohres in der Läuterkammer über ein Fallrohr
in ein Aufnahmebecken geleitet wird, in welchem der Pegel der Glasschmelze
zur Aufrechterhaltung eines Stromes von dem Vorratsbecken über das Steigrohr,
die Läuterkammer
und das Fallrohr unterhalb des Pegels des Vorratsbeckens absenkbar
ist.
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Verfahren
und Vorrichtungen mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 bzw.
8 sind beispielsweise aus der US-Patentanmeldung 2003/0015000 A1
oder der deutschen Patentschrift
DE
100 55 967 02 bekannt.
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Bei
den entsprechenden Verfahren und Vorrichtungen taucht ein Steigrohr
in einen Vorratsbehälter
mit einer Glasschmelze ein und ebenso taucht ein Fallrohr mit seinem
unteren Ende in einen Aufnahmebehälter für geläuterte Glasschmelze ein. Die
oberen Enden von Steigrohr und Fallrohr sind durch eine sogenannte
Läuterkammer
miteinander verbunden, welche im allgemeinen ebenfalls die Form
eines Rohres hat, welches Steigrohr und Fallrohr miteinander verbindet.
Die Überführung der
Glasschmelze aus dem Vorratsbehälter
in den Aufnahmebehälter über das
Steigrohr, die Läuterkammer
und das Fallrohr erfolgt nach dem Siphon-Prinzip. Dies ermöglicht es,
im oberen Volumenbereich der Läuterkammer
während der Überführung der
Glasschmelze von dem Steigrohr zu dem Fallrohr einen Unterdruck
zu erzeugen, der das Entgasen von in der Glasschmelze zumeist in
gelöster
Form oder in Form sehr kleiner Bläschen enthaltendem Gas auslöst bzw.
beschleunigt. Zwar ist es auch möglich,
das Entgasen durch Zufügen
sogenannter Entgasungsmittel auf Arsen- und Antimon-Basis zu erleichtern
und zu beschleunigen, jedoch sind diese Entgasungsmittel im allgemeinen
toxisch und ihre Verwendung ist deshalb bei vielen Anwendungen nachteilig
oder zumindest nicht bevorzugt. Durch Erzeugen von Unterdruck im
oberen Bereich der Läuterkammer,
der auch den Druck innerhalb des Glasschmelze selbst entsprechend
reduziert, wird die Löslichkeit
von Gasen in der Glasschmelze reduziert und die Volumina vorhandener kleiner
Gasblasen vergrößern sich,
die Glasblasen schließen
sich leichter zu größeren Blasen
zusammen und größere Blasen
steigen schneller und leichter in der Glasschmelze auf, wobei sie
an der Oberfläche
der Glasschmelze eine Schaumschicht bilden, die allerdings nur eine
begrenzte Lebensdauer hat. D.h., die Blasen der Schaumschicht zerplatzen
innerhalb von einigen Minuten, das Gas entweicht und die zerplatzte
Hülle der
Glasblase fließt
als flüssiger
Bestandteil in die Glasschmelze zurück. Hierzu muß selbstverständlich mit
Hilfe entsprechender Pumpen oder Vakuumeinrichtungen permanent ein
entsprechender Unterdruck im oberen Bereich der Läuterkammer
aufrecht erhalten werden, um das immer neu entstehende Gas abzuführen und
den Unterdruck möglichst
konstant zu halten. Dabei wird die Strömungsgeschwindigkeit der Glasschmelze
in der Läuterkammer
und damit auch im Steigrohr und im Fallrohr so gesteuert, daß auf dem
Weg von dem Anschluß des
Steigrohres zu dem Anschluß des
Fallrohres alle oder zumindest der weitaus größte Teil der Glasblasen in
der auf der Schmelze schwimmenden Schaumschicht zerplatzt bzw. zerstört ist,
so daß die
im wesentlichen entgaste und von Gasblasen freie Glasschmelze durch
das Fallrohr in die Aufnahmekammer absinkt.
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Da
aber je nach Zusammensetzung der Glasschmelze und je nach den zu
verwendenden Temperaturen, die die Viskosität der Glasschmelze beeinflussen,
die Gasblasen bzw. die Schaumschicht doch über eine relativ lange Zeit
von bis zu 30 Minuten oder auch mehr stabil sein können, muß die Läuterstrecke
entweder entsprechend lang gewählt
werden, damit die Gasblasen ausreichend Zeit haben, zu zerplatzen,
so daß das
frei werdende Gas abgesaugt werden kann, oder aber der Durchsatz
muß entsprechend
reduziert werden. Beides reduziert die Produktivität und erhöht die Kosten
der Glasherstellung. Der oben diskutierte Stand der Technik befaßt sich
daher mit verschiedenen Maßnahmen,
um trotz eines relativ guten Durchsatzes und ohne übermäßig lange Läuterstrecke
dennoch nur im wesentlichen blasenfreies bzw. entgastes Glas in
das Fallrohr gelangen zu lassen. Die oben genannte US 2003/0015000
A1 sieht für
diesen Zweck beispielsweise eine Drosselklappe vor, welche etwaigen
Schaum am Zutritt in das Fallrohr hindern soll. In der
DE 100 55 967 weist die Läuterkammer
einen zum Fallrohr hin ansteigenden Boden auf und in einigen Ausführungsformen sind
außerdem
von oben in die Schmelze ragende Sperren vorgesehen, die ebenfalls
zum Abfangen einer an der Oberfläche
der Schmelze vorhandenen Schaumschicht dienen sollen.
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Beide
Vorrichtungen können
jedoch bei entsprechend hohem Durchsatz nicht verhindern, daß dennoch
gewisse Mengen an Schaum bzw. Gasblasen in der über das Fallrohr abwärts strömenden Glasschmelze
vorhanden sind.
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Gegenüber diesem
Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, auch
bei erhöhtem
Durchsatz die Läuterung
bzw. Entgasung einer Glasschmelze noch weiter zu verbessern und
somit noch besser entgaste Glasschmelze durch das Fallrohr abwärts strömen zu lassen,
als dies mit den bisher bekannten Maßnahmen möglich war.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens dadurch
gelöst,
daß entlang
eines Trennabschnittes zwischen dem Steigrohr und dem Fallrohr die
Schmelze in der Läuterkammer
durch eine sich ganz oder überwiegend
in Strömungsrichtung
erstreckende Trennwand in einen unteren Strömungsquerschnitt und einen
oberen Strömungsquerschnitt
aufgeteilt wird, wobei der untere Strömungsquerschnitt vollständig unterhalb
des Pegels der Schmelze und unterhalb einer Schaumschicht auf der
Schmelze liegt, währen
der obere Querschnitt den Bereich des Pegels und der Schaumschicht
umfaßt,
wobei sich der untere und der obere Strömungsquerschnitt gemeinsam über eine
Länge von
mindestens 1% des lichten Abstandes zwischen den Anschlüssen des
Steigrohres und des Fallrohres in der Läuterkammer erstrecken, und wobei
die Schmelze ausschließlich über den
unteren Strömungsquerschnitt
zu dem Fallrohr geführt
wird. Vorzugsweise erstrecken der obere und der untere Querschnitt
sich gemeinsam über
mindestens 5% oder 10% bis 20%, wahlweise über bis zu 50% der vorstehend
definierten Länge
der Läuterkammer bzw.
eines Läuterrohres
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Anstelle
des Abfangens einer Schaumschicht durch eine von oben in die Schmelze
hineinragende Platte oder Sperre, die ein Mitreißen von Gasblasen der unteren
Schaumlage durch das sehr viskose und zwangsweise abwärts strömende Glas nicht
verhindern kann, sieht die vorliegende Erfindung eine Auftrennung
des Strömungsquerschnittes in
einen unteren und einen oberen Strömungsquerschnitt vor, indem
im Bereich eines Trennabschnittes eine sich (in Strömungsrichtung
gesehen) im wesentlichen horizontal erstreckende Trennwand in der
Läuterkammer
vorgesehen wird, die einen vollständig unterhalb des Glasschmelzepegel
liegenden unteren Querschnitt von einem oberen Strömungsquerschnitt trennt,
der neben Teilen der Glasschmelze insbesondere den oberen Pegelbereich
und die Schaumschicht umfaßt.
Da auch in diesem Trennabschnitt in dem oberen Querschnittsbereich
nach wie vor ein Vakuum anliegt und fortwährend Blasen der dort vorhandenen
Schaumschicht zerplatzen, so daß das
darin enthaltene Gas abgesaugt werden kann, findet, auch wenn der
obere Strömungsquerschnitt
keine direkte Verbindung zu dem Fallrohr hat, dennoch eine gewisse
Strömung
in Richtung des Fallrohres auch in diesem oberen Querschnittsbereich
statt, so daß durch
das Vorsehen dieses oberen Querschnittes ein verlängerter
Transportweg zumindest für
die Schaumschicht bereitgestellt wird, der zur weiteren Reduzierung
dieser Schaumschicht führt,
wobei das durch die zerplatzenden Blasen absinkende flüssige Glas
oberhalb der Trennwand in Gegenrichtung strömt, um sich dann zu Beginn
des Trennabschnittes wieder mit der in den unteren Querschnitt einströmenden,
gasfreien Schmelze zu verbinden.
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Auf
diese Weise wird verhindert, daß das
in den unteren Querschnitt des Trennabschnittes einströmende flüssige Glas
direkten Kontakt mit der darüberliegenden
Schaumschicht hat und von dort Gasblasen mitreißt. Statt dessen wird die zu
Beginn des Trennabschnittes noch vorhandene Schaumschicht noch in
den oberen Querschnitt des Trennabschnittes verschoben und kann
dort weiter reduziert werden und nur der bereits verflüssigte,
entgaste Anteil strömt
unterhalb der Schaumschicht in Gegenrichtung zurück.
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Der
Druck in der Läuterkammer
oberhalb des Pegels von Glas und Schaum wird vorzugsweise sowohl
im Bereich oberhalb des Steigrohres als auch oberhalb des Fallrohres
auf unter 400 hPa abgesenkt. Bei sehr starker Schaumbildung, die
zu einer weitgehenden Querschnittausfüllung der Läuterkammer oberhalb des Steigrohres
führen
kann, ist es außerdem
bevorzugt, wenn unabhängig
von dem Bereich oberhalb des Steigrohres zusätzlich auch im oberen Querschnittsbereich
des Trennabschnittes der Druck unter 400 hPa abgesenkt wird. Besonders bevorzugt
ist es, den Druck im oberen Bereich der Läuterkammer unter 300 hPa, vorzugsweise
auf einen Wert zwischen 50 und 300 hPa, und besonders bevorzugt
auf einen Wert von 200 bis 300 hPa abzusenken.
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Die
Strömungsgeschwindigkeit
durch die Läuterkammer
und damit auch durch Steig- und Fallrohr wird vorzugsweise durch
Steuerung des Pegels der Glasschmelze in der Aufnahmekammer und
in der Vorratskammer eingestellt. Ggf. kann auch eine Druckdifferenz
im oberen Bereich der Läuterkammer zwischen
dem Bereich des Steigrohres und dem Bereich des Fallrohres eingestellt
werden, da diese Bereiche nur durch den unteren Querschnittsbereich des
Trennabschnittes miteinander verbunden sind.
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In
einer Variante wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Druck in
der Läuterkammer oberhalb
des Steigrohres und oberhalb des Fallrohres auf jeweils unterschiedliche
Werte eingestellt. Hierdurch kann man beispielsweise die Geschwindigkeit
der Strömung
bei Bedarf beschleunigen und eine Restentgasung über dem Fallrohr bewirken.
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Zweckmäßigerweise
bestehen Steigrohr und Läuterkammer
aus elektrisch leitfähigem
Material und werden durch direkten Stromdurchgang geheizt. Dies
ermöglicht
eine sehr schnelle und energieeffiziente Änderung der Temperatur zur
Beeinflussung der Viskosität
und der Entgasungsgeschwindig keit. Es versteht sich, daß derartige
Rohre und Kammern auf Ihrer Außenseite
isoliert sein sollten um Wärme-
und Energieverluste minimal zu halten.
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Die
Strömungsgeschwindigkeit
kann zweckmäßigerweise
(auch) durch Steuern der Pegeldifferenz der Glasschmelze zwischen
Vorratskammer und Aufnahmekammer eingestellt werden.
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Weiterhin
ist in einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß das Niveau
der Läuterkammer
gegenüber
den Glasschmelzpegeln der Vorratskammer und der Aufnahmekammer zur
Einstellung der Entgasungsrate variiert wird bzw. variiert werden
kann. Auf diese Weise kann man das Siphonprinzip bei unterschiedlichen
Entgasungsdrücken
in der Läuterkammer
aufrecht erhalten.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Läutern
einer Glasschmelze unter Unterdruck, bestehend aus einem mit einer
Vorratskammer verbundenen Steigrohr, einer unter Unterdruck stehenden Läuterkammer,
in welche das Steigrohr mündet,
ein von der Läuterkammer
im Abstand zu dem Steigrohr nach unten führenden Fallrohr, welches in
eine Aufnahmekammer mündet,
und mit Einrichtungen zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Läuterkammer oberhalb
des Pegels der Glasschmelze und einer etwaigen Schaumschicht auf
der Glasschmelze, ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Läuterkammer entlang eines Trennabschnittes,
der sich zwischen den Anschlüssen
des Steigrohres und des Fallrohres erstreckt, eine sich ganz oder überwiegend
in Strömungsrichtung
erstreckende Trennwand vorgesehen ist, welche die Läuterkammer
in einen unteren Querschnitt, der vollständig unterhalb des Pegels der Glasschmelze
in der Läuterkammer
liegt, und einen oberen Querschnitt, der den Bereich des Glasschmelzepegels
und einer darüber
liegenden Schaumschicht umfaßt,
trennt, wobei nur der untere Querschnitt eine direkte Strömungsverbindung
zu dem Fallrohr aufweist, währen
das Steigrohr eine Strömungsverbindung
sowohl zu dem unteren als auch zu dem oberen Strömungsquerschnitt hat.
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Die
Vorteile einer solchen (in Strömungsrichtung)
horizontalen Trennwand wurden bereits in Verbindung mit der sich
daraus ergebenden Verfahrensweise bei der Entgasung von Glasschmelze
beschrieben.
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Der
Trennabschnitt sich vorzugsweise über mindestens 10% des Abstandes
zwischen den Anschlüssen
von Steigrohr und Fallrohr erstrecken, damit ein ausreichendes Volumen
oberhalb der Trennwand für
eine weitere Entgasung und Auflösung
der Schaumschicht zur Verfügung
steht.
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Der
Trennabschnitt sollte vorzugsweise in einem Abstand vom Anschluß des Steigrohres
beginnen, der, in Strömungsrichtung
gesehen, mindestens 30% des Abstandes zwischen Steigrohr- und Fallrohranschluß entspricht.
Dies sorgt dafür,
daß mindestens
ein Teil der Schaumblasen bereits zerplatzt ist und die Schaumschicht
entsprechend abgenommen hat, bevor der verbleibende Schaum durch
die horizontale Trennwand in den oberen Strömungsabschnitt gelenkt wird.
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Noch
besser sollte der Trennabschnitt erst in einem Abstand zum Anschluß des Steigrohres
beginnen, der mindestens 40 und vorzugsweise mehr als 50% des Abstandes
zwischen Steigrohr- und Fallrohranschluß entspricht.
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Die
Läuterkammer
besteht vorzugsweise aus einem Edelmetallrohr, insbesondere aus
Platin oder einer Platinlegierung. Die damit verbundenen Vorteile
wurden bereits oben erläutert.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher das Rohr der Läuterkammer und vorzugsweise
auch das Steig- und das Fallrohr jeweils umlaufende Sicken aufweisen.
Derartige Sicken ermöglichen
eine Wärmeausdehnung der
Rohre, die angesichts der hohen Temperaturen bei der Verarbeitung
von Glasschmelzen beträchtlich sein
kann ohne daß sich
die Enden der Rohre verschieben müssen.
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Der
Trennabschnitt wird beispielsweise durch eine im wesentlichen horizontale,
vorzugsweise in der unteren Hälfte
oder im unteren Drittel der Läuterkammer
verlaufende Trennwand gebildet, welche einen unteren Querschnitt
von einem oberen Querschnitt trennt, wobei zusätzlich eine im wesentlichen
vertikale Trennwand einen dem Steigrohr zugewandten Abschnitt des
oberen Querschnitts von einer direkten Verbindung zu dem Fallrohr
abtrennt. Dies bedeutet, daß der
obere Querschnitt nach einer gewissen Strecke in Richtung des Fallrohres
blind endet.
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In
einer anderen Ausführungsform
wird der Trennabschnitt durch ein im unteren Bereich der rohrförmigen Läuterkammer
angeordnetes inneres Rohr mit deutlich kleinerem Querschnitt als
das äußere Rohr
gebildet. Auch hier sollte der außerhalb des inneren Rohres
liegende Querschnitt des (äußeren) Rohres
der Läuterkammer
sich noch ein Stück weit
in Strömungsrichtung
der Schmelze fortsetzen und dann blind enden. Dabei stört es nicht,
daß der "obere Querschnitt" auch Bereiche neben
dem inneren Rohr und somit neben dem unteren Querschnitt umfaßt. Wesentlich
ist vielmehr, daß der
untere Querschnitt als Ganzes deutlich unter dem Pegel 3c der
Glasschmelze liegt, während
der obere Querschnitt auf jeden Fall den Bereich des Glasschmelzepegels 3c und
die darüberliegenden
Schaumschicht umfaßt,
ungeachtet der Möglichkeit,
daß er sich
auch nach unten neben oder gar unter den unteren Querschnitt erstrecken
kann, aber von dem unteren Querschnitt getrennt ist.
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Der
untere Querschnitt des Trennabschnittes sollte vorzugsweise weniger
als ein Drittel, vorzugsweise weniger als ein Viertel des Gesamtquerschnitts der
Läuterkammer
ausmachen. Dies vergrößert den für die Entgasung
zur Verfügung
stehenden Raum relativ zu dem Raum in dem nur (weitgehend) entgaste Schmelze
strömt.
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Der
Querschnitt des Trennabschnittes kann sich im übrigen auch in Richtung des
Fallrohres stufenweise oder kontinuierlich erweitern um auch dort noch
eine Restentgasung zu unterstützen.
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Vakuumanschlüsse sind
daher zweckmäßigerweise
an der Oberseite der Läuterkammer
sowohl im Bereich des Steigrohres als auch im Bereich des Fallrohres
vorgesehen sind.
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Weiterhin
ist ein Vakuumanschluß an
der Oberseite der Läuterkammer
auch im Bereich des Trennabschnittes, vorzugsweise in der Nähe des fallrohrseitigen
Endes des Trennabschnittes, vorgesehen.
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Einrichtungen
zum Anheben und Absenken der Läuterkammer,
wobei Steigrohr und Fallrohr mit ihren unteren Enden teleskopartig
in Verteilerkammern eintauchen, ermöglichen das Einstellen unterschiedlicher
Drücke
in der Läuterkammer
ohne das Siphonprinzip des Glasschmelzetransports aufzugeben.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
und der dazu gehörigen
Figuren.
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1 zeigt
schematisch in einer perspektivischen Darstellung eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung
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1a zeigt
einen Längsschnitt
durch das Läuterrohr
nach 1 in einer etwas abgewandelten Variante, und
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2 zeigt
eine alternative Ausgestaltung des Trennabschnitts einer in 1 dargestellten Läuterkammer.
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Man
erkennt in 1 unten links ein Schmelzaggregat 1 aus
Glasbeckensteinen, in welchem Glasrohstoffe geschmolzen werden,
so daß eine Glasschmelze 2 entsteht.
Der Pegelstand der Glasschmelze in dem Schmelzaggregat 1 ist
mit 3a bezeichnet. Das Schmelzaggregat 1 steht über ein
Rohr 41 mit einer Rührkammer 4 in
Verbindung, in welchem ein Rührer 19 Schlieren,
die auf Korrosionsbestandteile von den Glasbeckensteinen zurückzuführen sind,
auflockert und verteilt.
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Über ein
weiteres Verbindungsrohr 5 wird die Glasschmelze 2 von
der Rührkammer 4 in
einen Steigrohrverteiler 6 zugeführt, der im Sinne der vorliegenden
Erfindung als „Vorratskammer" für die Glasschmelze 2 anzusehen
ist, wobei der in dem Verteiler 6 vorhandene Vorrat permanent
durch die Überführung über die
Rohre 41 und 5 sowie den Rührkammer 4 nachgefüllt wird,
so daß der
Pegel in dem Verteiler 6 im wesentlichen dem Pegel 3a des Schmelzaggregats 1 entspricht.
In den Verteiler 6 ragt von oben ein vertikal ausgerichtetes
Steigrohr 7 hinein, so daß das untere Ende 7a des
Steigrohres 7 sich unterhalb de Pegels 3a befindet.
Das obere Ende des Steigrohres 7 ist mit einem horizontal
verlaufenden Läuterrohr 11 verbunden,
welches eine Läuterkammer
bildet. Das andere Ende des Rohres 11 ist wiederum mit
einem Fallrohr 15 verbunden, dessen unteres Ende in einen
Fallrohrverteiler 16 hineinragt, in welchem ein Pegel 3b der
Glasschmelze aufrecht erhalten wird, der höher liegt als das untere Ende 15a des
Fallrohres 15. Der Fallrohrverteiler 16 ist über ein
weiteres Rohr 17 wiederum mit einer weiteren Rührkammer 18 verbunden,
in der ebenfalls ein Rührer 19 die
Glasschmelze nochmals homogenisiert und von Schlieren befreit. Von
dort wird die Glasschmelze über
ein Rohr 20 der weiteren Verarbeitung zugeführt. Der
Transport der Glasschmelze über
das Steigrohr 7, das Läuterrohr 11 und
das Fallrohr 15 erfolgt nach dem Siphon-Prinzip. Der auf
dem Pegel 3a des Steigrohrverteilers 6 lastende
Luftdruck ist derselbe wie der auf dem Pegel 3b des Fallrohrverteilers 16 lastende
Luftdruck. Wenn das äußere Rohr 30 bzw.
die Saugstutzen 8 geschlossen sind, gleicht der auf den
Pegeln 3a bzw. 3b lastende Luftdruck, genauer
gesagt die Druckdifferenz zwischen dem auf den Pegeln 3a bzw. 3b lastenden
Luftdruck und dem Druck auf der Oberfläche eines Pegels 3c im
Inneren der Läuterkammer,
das Gewicht der Flüssigkeitssäule in dem
Steigrohr 7 bzw. dem Fallrohr 15 aus. In der Annahme,
daß der
Druck in dem Läuterrohr
oberhalb des in dem Läuterrohr
stehenden Flüssigkeitspegels 13 konstant
ist, führt
dann eine Absenkung des Pegels 3b in dem Fallrohrverteiler 16 relativ zu
dem Pegel 3a im Steigrohrverteiler 6 dazu, daß das Gewicht
der in dem Fallrohr zwischen den Pegeln 3b und 3c vorhandenen
Flüssigkeitssäule das Gewicht
der gegenüberliegenden
Flüssigkeitssäule in dem
Steigrohr 7 zwischen den Pegeln 3a und 3c übersteigt,
was dazu führt,
daß die
Glasschmelze in dem Fallrohrverteiler 15 absinkt und dort
einen lokalen Unterdruck erzeugt bzw. Glasschmelze aus dem Läuterrohr
von der Steigrohrseite her nachzieht. Soweit Steigrohr 7 und
Fallrohr 15 eine gewisse Maximalhöhe nicht übersteigen (deren Flüssigkeitssäule dem
Luftdruck entspricht), ist dies im Prinzip unabhängig von der genauen Höhe des Pegels 3c in
dem Läuterrohr 11,
welches im Fall einer nicht-komprimierbaren und nicht-entgasenden Flüssigkeit
auch vollständig
gefüllt
sein könnte.
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Tatsächlich sind
jedoch in der Glasschmelze Gase gelöst oder aber kleine Gasblasen
vorhanden, die sich an irgendwelchen Keimen in der Schmelze gebildet
haben, die aber im allgemeinen sehr klein sind und wegen der hohen
Viskosität
der flüssigen Glasschmelze
nur eine sehr geringe Beweglichkeit innerhalb der Schmelze haben.
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Da
jedoch der Druck in dem Steigrohr 7 von unten nach oben
kontinuierlich abnimmt, dehnen sich die in der Glasschmelze befindlichen
Blasen entsprechend der Zustandsgleichung für ideale bzw. reale Gase immer
weiter aus, verschmelzen mit eng benachbarten Gasblasen, so daß sie sich
dadurch nochmals vergrößern und
diese größeren Gasblasen haben
einen höheren
Auftrieb und eine höhere
Beweglichkeit in der viskosen Glasschmelze, so daß sie nach
oben aufsteigen und im oberen Bereich des Läuterrohres 11 eine
Schicht aus Glasschaum bilden. Durch Zerplatzen einzelner Blasen
dieses Schaums wird Gas frei und der weitere Transport der Glasschmelze
würde durch immer
mehr sich bildende Gasblasen und die Ansammlung des Gases im oberen
Bereich des Läuterrohres 11 schließlich zusammenbrechen,
würde nicht
das Gas durch Vakuumstutzen 8, die sich jeweils oberhalb
der Anschlüsse
der Steig- und Fallrohre 7 bzw. 15 befinden, abgesaugt
werden.
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Durch
Anheben und Absenken des Läuterrohres 11 zusammen
mit den damit fest verbundenen Steig- und Fallrohren 7 bzw. 15 in
den entsprechenden Steigrohr- und Fallrohrverteilern 6 bzw. 16 ändert man
die Höhe
der Flüssigkeitssäulen in
den Steig- und Fallrohren 7, 15 oberhalb der Pegelstände 3a bzw. 3b und
damit auch den sich in dem Läuterrohr 11 ggf.
einstellenden Unterdruck. Zweckmäßigerweise
wird die Länge
dieser Rohre so gewählt,
daß man im
Inneren des Läuterrohres 11 einen
Glaspegel 3c in deutlichem Abstand unterhalb des oberen
Randes des Läuterrohres 11 bei
einem Druck unter 300 hPa einstellen kann. Es versteht sich, daß die Gasblasen vor
allem im Bereich des Steigrohres 7 entstehen, dort an die
Oberfläche
des Glaspegels 3c gelangen und mit der vom Steigrohr zum
Fallrohr im dem Läuterrohr 11 transportierten
Glasschmelze allmählich
in Richtung des Fallrohres wandern. Die Länge des Läuterrohres 11 und
die Strömungsgeschwindigkeit bzw.
Durchsatzmenge an Glasschmelze durch das Läuterrohr 11 wird über die
Regelung der Pegel 3a, 3b zweckmäßigerweise
so eingestellt, daß die
an der Oberfläche
bzw. dem Pegel 3c der Schmelze in dem Läuterrohr 11 entstehenden
Gasblasen genügend Zeit
haben, zu zerplatzen, so daß das
die Hülle
dieser Gasblasen bildende Glas in die Schmelze zurückfließt und das
frei werdende Gas abgesaugt werden kann. Zwar entstehen auch entlang
des Transportweges im Läuterrohr 11 noch
weitere kleine Mengen an Gasblasen, die an die Oberfläche wandern,
jedoch nimmt wegen der zerplatzenden Gasblasen das Volumen des Glasschaums
auf dem Weg vom Steigrohr zum Fallrohr immer mehr ab. Dennoch würden erhebliche
Mengen an Gas und Gasblasen auch mit der in dem Fallrohr 15 absinkenden
Schmelze mitgerissen und in den nachfolgenden Verarbeitungsprozeß transportiert
werden, wenn das Läuterrohr 11 auf dem
Weg von dem Steigrohr 7 zum Fallrohr 15 einen konstanten
Querschnitt hätte
und keine Maßnahmen getroffen
würden,
den Glasschaum weiter zu reduzieren bzw. zurückzuhalten oder abzuschöpfen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung geschieht dies durch Veränderung des Strömungsquerschnittes
der Glasschmelze und durch Aufteilung des Strömungsquerschnittes in einen
unteren und einen oberen Strömungsquerschnitt,
und zwar in einem Bereich 11b, der als Trennungsabschnitt
bezeichnet wird. Der untere Strömungsquerschnitt,
der vollständig
unterhalb des Niveaus 3c der Glasschmelze in dem Läuterrohr 11 liegt,
wird in der vorliegenden Ausführungsform
durch ein Rohr 31 gebildet. Oberhalb und außerhalb
dieses Rohres 31 befindet sich der Restquerschnitt des
Läuterrohres 11,
welcher den oberen Querschnitt definiert und welcher den Glaspegel 3c und
die darauf schwimmende Schaumschicht umfaßt. In 1 ist im
Bereich des Trennungsabschnittes 11b das äußere Rohr 30 der
Läuterkammer 11 weggeschnitten
dargestellt, um das innere Rohr 31, das den unteren Querschnitt
definiert, besser sichtbar zu machen. 1 läßt in einer Längsschnittansicht
den oberen und unteren Querschnitt besser erkennen.
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Eine
vertikale Trennwand 32 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
in etwa am fallrohrseitigen Ende des Innenrohres 31 vorgesehen
und verschließt
in diesem Bereich den oberen Querschnitt vollständig, so daß das Fallrohr 15 ausschließlich Glasschmelze
aufnimmt, die aus dem Abschnitt 11a des äußeren Rohres 30 durch
das verjüngte
Innenrohr 31 hindurchgeflossen ist.
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In
der Nähe
der vertikalen Trennwand 32 ist ein weiterer Vakuumstutzen 8 vorgesehen
(siehe 1), der das aus den zerplatzenden Schaumblasen
frei werdende Gas absaugt. Auf diese Weise wird die Schaumschicht 13 weiterhin
durch den oberen Querschnitt in Richtung des geschlossenen Endes dieses
Querschnittes bis zu dem Saugstutzen 8 transportiert, da
das in den Gasblasen enthaltene Gas durch den Saugstutzen 8 abgezogen
wird. Das die Hülle
der Gasblasen bildende Glas fließt zusammen und nach unten
in die durch den Pegel 3c begrenzte Glasschmelze. Da der
obere Querschnitt an dem fallrohrseitigen Ende des Rohres 31 geschlossen
ist, sammelt sich in diesem Bereich flüssiges Glas an und strömt auf der
Oberseite des Rohres 31 entlang der dies schematische andeutenden
Pfeile s zurück,
bis es an die Eintrittsöffnung
des Rohres 31 gelangt und von dort durch das Rohr 31 in
Richtung Fallrohr 15 transportiert werden kann.
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Auf
diese Weise sammelt sich der Schaum 13 der auf dem Transportweg
bis zu dem Rohr 31 noch nicht zerplatzten Gasblasen in
dem oberen Querschnittsbereich des Abschnittes 11b des
Läuterrohres 11 an
und hat auf diese Weise mehr Zeit und eine längere Verweildauer in dem Läuterrohr,
um zerplatzen bzw. zerfallen zu können, ohne daß Schaum und
Gasblasen das Fallrohr 15 erreichen können. In das Fallrohr 15 gelangt
vielmehr nur weitgehend oder vollständig entgaste Glasschmelze,
die sich vornehmlich im unteren Bereich des Läuterrohres ansammelt und anreichert
und schließlich
durch das Innenrohr 31 in Richtung Fallrohr 15 transportiert
wird.
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An
das Rohr 31 schließt
sich nochmals ein erweiterter Abschnitt 11c des äußeren Rohres 30 an, der
wiederum einen Absaugstutzen 8 aufweist, so daß eventuell
dennoch in der Glasschmelze vorhandene Restgase auch in diesem Bereich
noch aus der Schmelze abgesaugt und entfernt werden können.
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Die
dann von gelöstem
bzw. in kleinen Blasen eingeschlossenem Gas befreite Glasschmelze fließt dann
durch das Fallrohr 15, den Fallrohrverteiler 16,
das Rohr 17 und das Rührwerk 18 in
die Leitung 20, von wo es der weiteren Verarbeitung zugeführt wird.
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Gegenüber der
eben unter Bezug auf 1 beschriebenen Variante ist
die in 1 dargestellte Ausführungsform insofern etwas abgewandelt,
als der untere und der obere Querschnitt effektiv durch eine horizontal
verlaufende Trennwand 14 definiert werden, die noch kurz
vor dem Innenrohr 31 sich quer durch das Läuterrohr 11 erstreckt.
In gleicher Weise wie bei der im Zusammenhang mit
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1a beschriebenen
Ausführungsform sorgt
anstelle der Wandung des Rohres 31 hier die horizontale
Trennwand 14 für
die Aufteilung des Querschnittes des Läuterrohres in einen unteren Querschnitt,
der unterhalb des Pegels 3c liegt und einen oberen Querschnitt,
der den Pegel 3c und die darüber liegende Schaumschicht
umfaßt.
In analoger Weise, wie es in Verbindung mit 1a beschrieben
wurde, werden auch hier die Schaumblasen in Richtung des Absaugstutzens 8 transportiert
und das Gas wird nach dem Zerplatzen der Blasen abgesaugt, während die
Glashülle
der Blasen in die Schmelze zurückfließt, auf
der Oberseite der Trennwand 14 entgegen der sonstigen Transportrichtung
zurückströmt und von
der vorderen Kante der Trennwand 14 in den unteren Querschnittsbereich
und von dort durch das Rohr 31 zu dem Fallrohr 15 gelangt.
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Man
erkennt in 1 außerdem noch schematisch dargestellte
Stromquellen 10, die direkt mit den elektrisch leitfähigen Rohren
verbunden sind und diese durch direkten Stromdurchfluß heizen
können.
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In 2 ist
eine entsprechende Ausführungsform
dargestellt, bei welcher ausschließlich eine horizontale (im
wesentlichen ebene) Trennwand 14 ohne ein Innenrohr 31 vorgesehen
ist. Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist es, daß auch oberhalb des
sich zu Beginn der Trennwand 14 aufteilenden Querschnittes
in einen unteren und einen oberen Querschnittsbereich noch ein oberer
Abschnitt befindet, in welchen Gasblasen entlang der Hauptströmungsrichtung
einströmen
können,
deren Gas nach dem Zerplatzen abgesaugt werden kann.
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Es
versteht sich, daß für diesen
Zweck nicht unbedingt ein Stutzen 8 genau in diesem Bereich
angeordnet sein muß,
wenn das obere Volumen des Läuterrohres
nicht vollständig
mit Glasschaum ausgefüllt
ist, weil dann auch über
den vorne über
dem Steigrohr 7 angeordneten Vakuumstutzen 8 das
gesamte Gasvolumen oberhalb des Schaums 13 bis in den Bereich
des oberen Querschnittes oberhalb der Trennwand 14 hinein
auf dem gewünschten
Unterdruckniveau gehalten wird.