DE102007038211A1

DE102007038211A1 - Vorrichtung zum Homogenisieren von Glas

Info

Publication number: DE102007038211A1
Application number: DE102007038211A
Authority: DE
Inventors: Diether Böttger; Sonja NOWAK-BÖTTGER
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2009-02-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren von geschmolzenem Glas, mit mindestens zwei, drei, fünf, sieben oder mehr Mischzellen, die im Glasstrom angeordnet sind. Um eine Vorrichtung zum Homogenisieren von geschmolzenem Glas zur Verfügung zu stellen, die es erlaubt, große Mengen von Glas mit hoher Qualität herzustellen, wobei sowohl ein "Reboil" als auch eine Schlieren- und Windenbildung verhindert wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Mischzellen über einen gemeinsamen Zufuhrverteiler und einen gemeinsamen Auslaufverteiler verbunden sind, wobei die Glasschmelze parallel/seriell durch die betreffenden Mischzellen strömt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren von geschmolzenem Glas, insbesondere für die Flachglasherstellung, wobei die Vorrichtung aus mindestens zwei bzw. drei beheizten Platinrohr-Mischzellen mit jeweils einer Glaseintrittöffnung und einer Glasaustrittsöffnung besteht.
Ein entscheidender Faktor für Qualität bei der Glasherstellung ist die Homogenisierung der geschmolzenen Glasmasse, die einer entsprechenden Form zugeführt wird. Dies gilt insbesondere bei der Herstellung von Flachglas für Spezialanwendungen. Ein Beispiel für ein solches spezielles Flachglas ist das Substrateglas für flache Bildschirme. Diese Substratgläser werden unter anderem mit dem so genannten Micro-Float Glas Prozess hergestellt, so wie er aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 3 142 567 bekannt ist.
Eine unzureichende Homogenisierung der Glasmasse vor dem Eintritt auf das Metallschmelzbad führt zu Schlierenbildung im fertigen Glas. Dabei versteht man unter Schlieren meist fadenförmige oder strähnige Bereiche im Glas, die man infolge ihrer vom Grundglas unterschiedlichen Brechzahl optisch wahrnehmen kann. Treten die Schlieren als sehr feine Schleier auf, so werden sie als Winden bezeichnet. Solches windiges Glas entsteht, wenn innerhalb der Glasmasse Temperaturgradienten, insbesondere zwischen einer kälteren Oberflächenschicht und dem wärmeren Inneren der Glasmasse auftritt. Entlang des Temperaturgradienten diffundieren Ionen und reichern sich in den kälteren Bereichen des Glases an. Auf diese Weise wird die Glasmasse ebenfalls inhomogen, so dass es zur Ausbildung unterschiedlicherer optischer Dichten kommt.
Aus dem Stand der Technik sind Glasrühranlagen zur Homogenisierung von geschmolzenem Glas vor dem Einbringen in eine Form oder einen Flachglastrog bekannt, wie z. B. aus der DE 10 69 345 und der DE 199 35 686 .
Als nachteilig erweist sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Rührzellen, dass die Rührzellen und damit die Rührwerke immer größere Radien bzw. Ringraumquerschnitt aufweisen müssen, wenn die Glasdurchlaufmenge erhöht werden soll. Die Erhöhung der Glasdurchlaufmenge durch Vergrößerung des Radius der Rührzelle stößt sehr schnell an ihre Grenzen, da selbst bei gleich bleibender Winkelgeschwindigkeit der Rührwerke die Geschwindigkeit der Rührflügel mit zunehmenden Abstand von der Drehachse zunimmt. Ab einem gewissen Radius der Rührzellen erreichen die Mischflügel in ihren von der Drehachse des Rührwerkes entfernten Bereichen solch hohe Geschwindigkeiten gegenüber der trägen Glasmasse, dass es zu einem so genannten mechanischen „Reboil" kommt. Die Mischflügel des Rührwerks mit ihren hohen Geschwindigkeiten wirken dabei gewissermaßen als Ausscheidungskeime für die Bildung von Blasen.
Der gestiegene Bedarf an Substratgläsern macht es jedoch erforderlich, immer größere Mengen an Glas mit hoher Qualität und Güte zu fertigen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Homogenisieren von geschmolzenen Glas zur Verfügung zu stellen, die es erlaubt, Mengen von 10 bis 100 Tonnen und bis zu 200 Tonnen pro Tag von Flachglas, insbesondere Substra teglas, mit hoher Qualität herzustellen, wobei sowohl ein „Reboil" als auch eine Schlieren und Windenbildung verhindert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zum Homogenisieren von geschmolzenen Glas bereitgestellt wird, bei welcher zwei, drei, fünf, sieben oder mehr Mischzellen im Glasstrom parallel und/oder seriell geschaltet sind, d. h. sie sind mit einem gemeinsamen Zufuhrverteiler und einem gemeinsamen Auslaufverteiler verbunden und die Glasschmelze strömt parallel/seriell durch die betreffenden Mischzellen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung mindestens drei, fünf oder sieben Mischzellen im Glasstrom muss der durchflossene Ringraumquerschnitt nicht vergrößert werden, so dass bei gleicher Winkelgeschwindigkeit eines Rührwerkes kein Reboil an den radial außen stehenden Abschnitten der Mischflügel des Rührwerkes auftritt. Durch die Hintereinander bzw. Parallel-Anordnung der Mischzellen wird die Verweildauer der Glasmasse im Mischbereich der Anlage erhöht, während gleichzeitig die Durchströmgeschwindigkeit überproportional erhöht werden kann.
Mit Mischzellen werden im Folgenden die Einrichtungen bezeichnet, die einer Durchmischung und daher Homogenisierung des geschmolzenen Glases dienen. Solche Mischzellen können sowohl Rührzellen mit oder ohne statische Mischelemente mit einem Rührwerk, als auch statische Mischzellen, welche keine sich aktiv drehende oder bewegende Elemente aufweisen, sein.
Vorzugweise ist dabei die Drehachse des Rührwerkes vertikal angeordnet und weist Mischflügel auf, welche die durchströmende Glasmasse vermengen.
Die Verwendung von Platinrohren für Glas-Mischzellen hat den Vorteil, dass der gesamte Rohrquerschnitt von der Glasmasse durchströmt wird, wodurch Wärmeverluste durch geeignete Isolation minimiert werden können und ein Kontakt mit der Umgebungsluft beschränkt ist.
Weiterhin hat dispersionsverstärktes Platin oder Verbindungen aus dispersionsverstärktem Platin (Pt/Rh) sowie Platin und/oder Verbindungen aus Platin, des weiteren Iridium und dessen Verbindungen als Material den Vorteil, dass es auch bei den hohen Temperaturen einer Glasschmelze nicht mit dem Glas reagiert, so dass Verunreinigungen des Glases durch das Material eines entsprechenden Rohres oder Aufnahmebehälters vermieden werden.
Zweckmäßigerweise sind die zylindrischen, elliptischen Rohre des Zuführungsverteilers, der Verbindungsrohre, der Rührzelle sowie des Auslaufverteilers mit einem vorzugsweisen Durchmesser von 5 bis zu 100 cm und einer Länge von 0,05 bis 3,0 m versehen.
Die aus dispersionsverstärktem Platin und/oder aus einer Platinlegierung bestehenden Rohre weisen Wanddicken (t) von 5 mm oder weniger auf.
Die Höhe der Rührzelle für geschmolzenes Glas ergibt sich aus dem Wert, der durch Dividieren der Höhe (H) durch die Wanddicke (t) kalkuliert wird und zwischen 80 und 2.000 liegt.
In den Varianten der Erfindung ist es außerdem bevorzugt, wenn das zylindrischen/elliptischen Rohr bzw. die zylindrischen/elliptischen Rohre, in welchen die Homogenisierung abläuft, durch direkten Stromdurchgang beheizbar sind. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass Elektrodenanschlüsse an den entgegengesetzten Enden einer derartigen Mischzelle angeordnet sind, z. B. besteht ein solcher elektrische Anschluss aus einem Flansch, der mit einem Ende des Rohres fest verbunden ist.
Alle zylindrischen/elliptischen Rohre und alle Einbauten der Rohre, welche mit der Glasschmelze in Berührung kommen können, ebenso wie auch die Stromzuführungsflansche und dergleichen bestehen vorzugsweise aus Platin oder einer Platinlegierung. In einer alternativen Ausführungsform bestehen die Elemente des Rührwerkes aus einem hitzebeständigen Material, vorzugsweise Molybdän und sind mit Platinblech beschichtet.
Grundsätzlich könnten jedoch auch elektrisch leitfähige Keramikmaterialien anstelle von Platin oder Platinlegierungen verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren.
Es zeigen:
1 Eine Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
2 Eine Ansicht auf die Vorrichtung der 1 von oben.
3 Eine Längsschnittansicht durch eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung
4 Eine weitere Ansicht auf die Vorrichtung der 3 von oben.
In 1 und 2 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die einzelnen Elemente der Anlage zur Herstellung von schlierenfreiem Substrateglas werden in der Reihenfolge des Herstellungsprozesses nachfolgend beschrieben.
In einem Schmelzaggregat 1 aus Glasbeckensteinen werden die Glasrohrstoffe geschmolzen und geläutert, so dass eine Glasschmelze 2 entsteht. Dabei weist die Glasschmelze in dem Aggregat 1 einen Pegelstand 3 auf. Während des Schmelzprozesses bei Temperaturen bis zu 1700°C korrodieren die Glasbeckensteine des Aggregates 1 in Abhängigkeit der Zeit, wodurch die Glasschmelze 2 Verunreinigungen durch das Glasbeckensteinmaterial aufweist, welche nachfolgend zur Bildung von Schlieren in dem herzustellenden Substrateglas führt. Um die Bildung dieser Verunreinigungen mit der daraus resultierenden Inhomogenität des Substratglases zu verhindern, wird die Glasschmelze über einen Zuführungsverteiler 4 aus Platin oder einer Platinlegierung zwei parallel 5, 6 und den folgenden seriell 5a, 6a angeordneten Rührzellen zugeführt. Die Rührzellen 5, 6, und 5a und 6a weisen einen identischen Aufbau auf. Sie werden von der Glasschmelze 2 jeweils in vertikaler Richtung von oben nach unten bzw. von unten nach oben durchflossen, wobei die Schmelze 2 vom Auslass 7 der Rührzellen 5, 6 über ein Verbindungsrohr 8 zum Einlass 9 der zweiten Rührzelle 5a, 6a geleitet wird. Jede der Rührzellen 5, 6, 5a und 6a weist ein Rührwerk 10 auf, dessen sich vertikal erstreckende Drehachse sich mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht. An jeder der Achsen sind Mischflügel vorgesehen, die sich von den Achsen radial nach außen erstrecken. Die Mischflügel rühren die durch die Rührzellen 5, 6, 5a und 6a fließende Glasschmelze und zerreißen die in der Glasschmelze vorhandenen Schlieren.
Vom Auslass 11 der Rührzellen 5a und 6a wird die Glasschmelze über eine Verbindungsleitung 12 zu einem Auslaufverteiler 13 geführt. Ein weiteres Verbindungsrohr 14 leitet die Glasschmelze 2 in die zentrale Rührzelle 15, die die Aufgabe hat die einströmende Glasmasse in ihrer Temperaturhomogenität zu verbessern, so dass kein „windiges" (temperaturinhomogenes) Glas entstehen kann.
Vom Auslass 16 der Rührzelle 15 wird die Glasschmelze über ein Verbindungsrohr 14 zur Micro-Float-Anlage geführt. Gemäß dem hier diskutierten Beispiel soll die Glasschmelze anschließend zu so genanntem Micro-Floatglas verarbeitet werden.
In der dargestellten Ausführungsform sind alle Elemente 4, 5, 5a, 6, 6a, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 aus dispersionsverstärktem Platin und/oder einer Platinlegierung z. B. eine Rhodium/Platin-Legierung mit typischerweise 5–30% Rhodiumanteil und entsprechend 70–95% Platinanteil gefertigt, wobei selbstverständlich auch andere relative Anteile, insbesondere kleinere Rhodiumanteile (< 5%), verwendet werden können. Dies gilt auch für die jeweiligen Rührwerke.
Das Platinblech hat den Vorteil, dass es hitzebeständig ist und mit der Glasschmelze nicht reagiert. Grundsätzlich könnten jedoch auch elektrisch leitfähige Keramikmaterialien anstelle von Platin oder Platinlegierungen verwendet werden.
Darüber hinaus sind die einzelnen Elemente direkt elektrisch beheizbar 17, wodurch es möglich ist, die Glasschmelze entlang des Weges vom Aggregat 1 hin zu der Micro-Float-Anlage auf ein Temperaturniveau zu halten, welches für die Homogenisierung der Glasschmelze 2 nötig ist.
Durch die Möglichkeit der seriell/parallel Anordnung der Rührzellen 5, 5a, und 6, 6a ist es möglich den Durchsatz der Glasschmelze in der erfindungsgemäßen Anlage von 10 bis zu 100 Tonnen bzw. bis zu 200 Tonnen pro Tag zu erhöhen.
In 3 und 4 erkennt man eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wobei die Rührzellen 5, 6, 5a und 6a in vertikaler Richtung von oben nach unten durchflossen werden und die Rührzellen 5 und 5a bzw. 6 und 6a durch ein geneigtes Rohr verbunden sind.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellung mit anderen, der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3142567 [0002]
- DE 1069345 [0004]
- DE 19935686 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Homogenisieren von geschmolzenem Glas, bestehend aus einem Zufuhrverteiler, mehreren beheizten Mischzellen und einem Auslaufverteiler, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischzellen seriell/parallel angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, drei, fünf, sieben oder mehr Mischzellen seriell/parallel geschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallel geschaltete Mischzellen vorgesehen sind; die jeweils mit einem gemeinsamen Zulaufverteiler und einem gemeinsamen Auslaufverteiler verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem gemeinsamen Auslaufverteiler eine zentrale Rührzelle angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Mischzellen eine Rührzelle mit einem Rührwerk ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rührwerk eine vertikale Drehachse aufweist und mit Mischflügeln versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischzellen mit oder ohne statische Mischelemente mit mindestens einem Rührwerk, als auch statische Mischzellen, welche keine sich aktiv drehende oder sich bewegende Elemente aufweisen, versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen/elliptischen Rohre der Verteiler und Mischzellen aus dispersionsverstärktes Platin oder Verbindungen aus dispersionsverstärktem Platin (Pt/Rh) sowie Platin und/oder Verbindungen aus Platin, des weiteren aus Iridium und dessen Verbindungen, als Material besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der zylindrischen/elliptischen Rohre durch direktes Hindurchleiten von elektrischem Strom durch Wandungen oder andere Elemente der Mischzelle beheizbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen/elliptischen Rohre Stromzuführungsflansche aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen/elliptischen Rohre der Verteiler und Mischzellen induktiv elektrisch beheizbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen/elliptischen Rohre der Verteiler und Mischzellen aus einer elektrisch leitfähigen, direkt heizbaren Keramik besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen/elliptischen Rohre des Zulaufverteilers, der Mischzellen, des Auslaufverteiler, sowie der zentralen Mischzelle mit einem Durchmesser von 5 bis 100 cm und einer Länge von 0,05 bis 3,0 m vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen/elliptischen Rohre Wanddicken von 0,2 bis 5 mm, insbesondere zwischen 0,5–1,5 mm aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Mischzellen aus dem Wert der durch Dividieren der Höhe (H) durch die Wanddicke (t) kalkuliert wird und zwischen 80 und 2.000 liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die durchlaufende Glasmenge von 10 bis 100 Tonnen und bis zu 200 Tonnen pro Tag beträgt.