DE102008006015A1

DE102008006015A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturkontrolle einer Dosier-Ziehnadel

Info

Publication number: DE102008006015A1
Application number: DE200810006015
Authority: DE
Inventors: Diether Böttger; Sonja NOWAK-BÖTTGER
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2009-07-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Temperaturkontrolle bei der Glasrohrherstellung, mit einem neuen, elektrisch gespeisten Apparat, zur Erzielung eines gleichmäßigen steuerbaren Temperaturprofils über den gesamten Durchmesser des konischen Formkörpers, also dem Bereich, wo das Glas den Formkörper als Glasrohr verlässt. Hierdurch wird eine Entglasung, die sich störend als Ziehstreifen auf den Glasröhren bemerkbar macht, auf dem konischen Formkörper vermieden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle bzw. Steuerung der Temperatur, mittels elektrisch gespeisten Apparates, zur Vermeidung von Entglasung auf einer Dosier-Ziehnadel und/oder konischem Formkörper, insbesondere bei der Herstellung von Glasröhren.
Die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 3 entsprechen einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung, wie sie im wesentlichem in folgenden Schriften offenbart werden.
Beim klassischen Sanzches-Vello-Verfahren ( US 2,009,793 ) wird eine vorbehandelte Glasschmelze im horizontalen (Vello-Verfahren) aber auch im vertikalen Verfahren (Down-Draw-Verfahren) zu Glasröhren verarbeitet. Das Glas tritt aus einer am Boden des Speiserkopfes befindlichen Düse aus und bildet mit dem konischen Teil der Dosier-Ziehnadel das gewünschte Glasrohr. Es wird dann mittels einer Ziehmaschine horizontal bzw. vertikal nach unten gezogen, wobei es vorher noch eine Zone der Heizung bzw. Kühlung passiert.
Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen zur Vermeidung der Entglasung im Bereich des konischen Formkörpers vorgeschlagen worden. Gemäß der US 4,023,953 wird eine Dosier-Ziehnadel aus einem Platinmaterial, wie dies auch in der DE 100 16 108 beschrieben wird, eingesetzt. Der innere als auch der äußere Teil, der mit der Glasschmelze in Berührung steht, ist mit Platin verkleidet bzw. überzogen. Der Platinüberzug alleine kann aber eine Entglasung des Glases in den kritischen Bereichen des konischen Formkörpers nicht unterbinden. Die DE 101 41 586 beschreibt die Nachteile der zurzeit verwendeten Rohrziehnadeln. Der hohe Wärmeentzug im Konusbereich, führt zur Entglasung (Kristallisation), die auf den Glasröhren in Form von Ziehstreifen sichtbar werden, was wiederum unerwünscht ist und die Qualität mindert. Als Lösung wird vorgeschlagen das Entglasungsproblem so zu beseitigen, dass der Bereich des Formgebungskonus als hohles Teil ausgebildet wird, weil dadurch im Konusbereich ein geringerer Wärmeentzug entsteht. Die DE 10 2004 024 767 offenbart ein Formgebungswerkzeug zur Herstellung von Glasrohren, dadurch gekennzeichnet, dass der Emissionskoeffizient an der kritischen Stelle größer ist als in den übrigen Bereichen.
Von diesem Stand der Technik ausgehend befasst sich die Erfindung mit einem neuen, elektrisch gespeisten Apparat zur Erzielung eines gleichmäßigen steuerbaren Temperaturprofils über den gesamten Durchmesser des konischen Formkörpers, also dem Bereich, wo das Glas den Formkörper als Glasrohr verlässt. Hierdurch soll die Viskosität des Glases beim Ausziehen zu seiner endgültigen Dicke kontrolliert und ein entstehen von Entglasung vermieden werden. Der Apparat weist ein oder mehrere individuell gesteuerte elektrische Widerstands– bzw. Heizelemente, vorzugsweise in Form eines elektrisch leitfähigen Drahtes zum Hindurchleiten von Strom, auf. Demgemäß wirkt jedes Element, welches vom Nachbarelement isoliert sein kann, nur auf die Viskosität eines engen Streifens des aus der Schmelze abgezogenen Glasrohres. Daher kann das Temperaturprofil über den gesamten Durchmesser des konischen Formkörpers genau eingestellt und damit auch die Viskosität über den gesamten Durchmesser genau eingestellt werden, so dass auf den Glasröhren eine Kristallisation, bzw. störende Optik, vermieden wird.
Der erfindungsgemäße Apparat zeichnet sich ferner durch seine genaue Einstellbarkeit relativ zum Glasrohr sowie eine genaue, präzise Einstellung, um örtliche Temperaturvariationen über dem gesamten Durchmesser des konischen Formkörpers auszugleichen, aus. Hauptziel der Erfindung ist also die Schaffung eines elektrisch beheizbaren konischen Formkörpers für nach unten gezogene Glasrohre, um das gewünschte Temperaturprofil am konischen Formkörper zu erhalten und dementsprechend eine Kristallisation in diesem Bereich zu vermeiden. Ferner hat das erfindungsgemäße Gerät eine Vielzahl einzeln einstellbarerer Heizelemente, so dass im wesentlichen ein konstanter Temperaturgradient von oben nach unten herrscht, d. h. die Temperatur von oben nach unten abnimmt, und zwar gerade so, dass eine Kristallisation vermieden wird.
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 Schnittansicht entsprechend der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 3.
2 einen Schnitt durch eine Dosier-Ziehnadel mit konischen Formkörper
In 1 erkennt man in einer Schnittansicht ein Glasschmelzaggregat 1, in dem die Glasrohstoffe geschmolzen und geläutert werden, so dass eine Glasschmelze entsteht. Um Inhomogenitäten zu verhindern, wird die Glasschmelze über ein Verbindungsrohr aus Edelmetall einer angeordneten Rührerzelle 2 zugeführt, in der je nach Glasart Temperaturen von 1.000–1.600°C eingestellt sind. Die Rührzelle weist einen Rührer auf, der Schlieren, die auf Korrosionsbestandteile von den Glasschmelzbeckensteinen zurückzuführen sind, auflockert und verteilt. Die vertikal erstreckende Drehachse des Rührers dreht sich mit einer Winkelgeschwindigkeit ω. An den Achsen sind Mischflügel vorgesehen, die sich von den Achsen radial nach außen erstrecken. Die Mischflügel rühren die durch die Rührzelle fließende Glasschmelze und zerreißen die in der Glasschmelze vorhandenen Schlieren. Die Beheizung der Edelmetallrohre, die mit entsprechenden Stromanschlussflanschen versehen sind, kann beispielsweise durch Direktheizen erfolgen. Die hier beschriebene Rührzelle ist bekannt, DE 10 2004 060 759 bzw. DE 10 2007 038 211 .
Vom Auslass der Rührzelle wird die Glasschmelze über eine Verbindungsleitung zu einer Glasabkühlungskammer bzw. Tiefspeiser 3 geleitet. Der Tiefspeiser wird durch Platin- vorzugsweise Molybdän-Elektroden beheizt. Durch diese Maßnahme gelangen die zentrisch heißeren Glasschichten, bedingt durch rein thermische Konvektionsströmung entlang der Begrenzungswände, zur Abkühlung. In der DE 33 14 540 beschriebenen Einrichtung kann die Viskosität auf 10⁴ bis 10⁵ dPas eingestellt werden.
Durch einen Auslass am Tiefspeiser 3 gelangt die abgekühlte Glasschmelze in eine direkt elektrisch beheizte Rohr-Nadelzelle 4, in der eine Dosier-Ziehnadel 7, zentrisch angeordnet ist. Das Edelmetallrohr der Rohr-Nadelzelle 4, vorzugsweise aus Platin oder einer Platin-Legierung, besitzt am Boden eine Öffnung und wird durch eine direkt elektrisch beheizte Düse 5 begrenzt, aus der die Glasschmelze austritt.
Die DE 43 36 046 offenbart eine Düse aus Edelmetall, welche mit Stromkontakten versehen ist. Die Kontakte sind für die Anlieferung von Strom zur Beheizung der Düse vorgesehen. Stromkontakte in Form von Streifen aus Platin, Platin-Rhodium, Iridium und/oder Palladium, sind an den gegenüberliegenden Enden der elektrisch beheizten Glasdüse angeschweißt und werden durch Schraubverbindungen gehalten. Diese Stromanschlussklemmen sind an Stromschienen für die Anlieferung von Strom zur Beheizung der Glasdüse, angeschlossen.
Für die hier beschriebenen direkt elektrisch beheizten Aggregate wird die Wärmeenergie unmittelbar durch Stromfluss in den aus Edelmetall bestehenden Teilen erzeugt, wobei sich die Heizleistung aus dem Widerstand R des stromdurchflossenen Aggregates und dem Quadrat des hindurchfliessenden Stroms ergibt (W = I²R ).
Unterhalb der elektrisch beheizten Düse 5 ist zentrisch der konische Formkörper 8 der Dosier-Ziehnadel 7 angeordnet, wobei dieser mit der Düse einen Ringspalt bildet, durch welchen die Glasmenge gesteuert wird. Die DE 129440 lehrt, dass nach dem Austritt des Glases aus der Düse ferner eine Muffel 6 installiert ist, um dem Glas, das über den konischen Formkörper 8 fließt, von außen die benötigte Wärme und/oder Kühlung aufzuzwingen. Es sind daher Einrichtungen 6 zum Kühlen bzw. Heizen des sich verfestigenden Glasrohres unmittelbar unterhalb der elektrisch beheizten Düse 5 vorgesehen. Auch werden Vorrichtungen 6 zum Einblasen von Kühlluft in ein Kastenprofil oder segmentweise Anordnung von Wasserkühlung und/oder elektrische Heizung für sehr große Rohr-Durchmesser vorgesehen. Von Bedeutung ist die sich der Muffel anschließende Vakuum Box 18. Es ist von Vorteil mit gewissen Höhe Vakuum Glasröhren zu ziehen, da dadurch der Einsatzbereich einer Dosier-Ziehnadel vergrößert wird. Um Zugluft von außen zu unterbinden ist die Muffel am Boden durch eine Irisblende 19 verschließbar.
In 2 ist die Dosier-Ziehnadel 7, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, dargestellt. Innerhalb der Muffel 6 der 1 erkennt man in der Mitte den konischen Formkörper 8 der axial angeordneten Dosier-Ziehnadel 7. Das zur Halterung des konischen Formkörpers 8 dienende Molybdän-Trägerrohr 9 der Dosier-Ziehnadel 7 weist eine vertikale Innenbohrung auf. An der Auslassöffnung befindet sich eine Molybdän-Bodenplatte 10, die den konischen Formkörper trägt. Eine Keramikschicht ist vorgesehen, die eine intermetallische Diffusion unterbindet, und zwar zwischen dem Molybdänträgerrohr 9 und dem Überzug aus Platin oder einer Platinlegierung. Dieser Platinüberzug befindet sich in der axialen Innenbohrung als auch auf der mit der Glasschmelze in Berührung stehenden Fläche.
Der konische Formkörper 8 kann beispielsweise aus einem oxidkeramischen Material wie Aluminiumoxid oder Zirkonoxid mit hoher Wärmeleitfähigkeit sein. Der Heizkopf wird durch eine äußere Blechverkleidung 12 aus Edelmetall gehalten und wird durch eine Vielzahl von hohlen Kanälen 11 ausgebildet. Diese Ausnehmungen 11 (Nuten und Bohrungen) sind an der Ober– bzw. Rück– und/oder Unterseite ausgebildet, die den elektrisch leitfähigen Draht aufnehmen und so die Heizelement bilden.
In jeder Ausnehmung 11 des Heizkopfes ist ein elektrisch leitfähiger Draht unterschiedlicher Dicke aus Kanthal, bevorzugt aus Edelmetall vorgesehen und bildet ein Heizelement 15. Jedes Heizelement ist mit einem Paar Leitungen 13 versehen, die sich in dem isolierten Bereich der äußeren Verkleidung 12 aus Edelmetall befinden und mit einer Stromquelle 14 verbunden sind und die Heizwicklungen direkt behei zen. Passende Temperaturfühler 16 können an ein Steuergerät zur manuellen oder automatischen Betätigung angeschlossen sein und zur Einstellung des Heizstromes verwendet werden. Die äußere Verkleidung 12 wird durch Stabilisierungseinrichtungen 17 unterstützt.
Obwohl der unmittelbare Bereich der Abrisskante als Bezugspunkt für eine Entglasung verantwortlich gemacht wird, kann die Erwärmung des konischen Formkörpers 8 auch leicht oberhalb der Abrisskante erfolgen. Wie bereits erwähnt, kann das Temperaturprofil über den gesamten Durchmesser des konischen Formkörpers genau eingestellt werden, so dass auf dem konischen Formkörper 8 keine Kristallisation mehr auftritt und sich störend in der Optik, als Ziehstreifen auf den Glasröhren bemerkbar macht.
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.

1: Glasschmelze
2: Rührzelle
3: Kühlung
4: Rohr-Nadelzelle
5: Auslaufdüse
6: Muffel
7: Dosier-Ziehnadel
8: Konischer Formkörper
9: Molybdän-Trägerrohr der -Dosiernadel
10: Molybdän-Bodenplatte
11: Ausnehmungen
12: Äußere Verkleidung
13: Leitungen
14: Stromquelle
15: Elektrisches Heizelement
16: Temperaturerfassung
17: Stabilisierungseinrichtung
18: Vakuum Box
19: Irisblende

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

- US 2009793 [0003]
- US 4023953 [0004]
- DE 10016108 [0004]
- DE 10141586 [0004]
- DE 102004024767 [0004]
- DE 102004060759 [0011]
- DE 102007038211 [0011]
- DE 3314540 [0012]
- DE 4336046 [0014]
- DE 129440 [0016]

Claims

Verfahren zur Temperaturkontrolle bei der Herstellung von Glasröhren nach dem Vello- oder Down-Draw-Verfahren, bei welchem eine Glasschmelze, gegebenenfalls nach einer Vorbehandlung in einer Rührzelle, und Kühlung in einer Kühlzone, in eine Nadelzelle überführt wird, wobei eine Auslaufdüse und eine Muffel, die Segmentweise durch Kühlung und/oder Heizung beaufschlagt werden kann und mittels einer Dosier-Ziehnadel über einen konischen Formkörper (8) gezogen wird, nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass über den konischen Formkörper (8) der Dosier-Ziehnadel dem ablaufenden Glas elektrische Wärme zugeführt wird, um die Temperatur des Glases angemessen zu erhöhen und damit seine Viskosität zu erniedrigen, wodurch eine Entglasung auf dem konischen Formkörper (8) vermieden wird, die sich störend in der Optik der gezogenen Glasrohre bemerkbar macht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein temperaturabhängiger (16) Parameter des konischen Formkörpers und/oder der Nadelzelle (4) erfasst wird und als Rückkopplungsparameter zur Einstellung eines Heizstroms verwendet wird.
Vorrichtung zur Temperaturkontrolle bei der Herstellung von Glasröhren nach dem Vello- oder Down-Draw-Verfahren mit Vor- und Nachbehandlungseinrichtungen, wie z. B. einer Rührzelle (2) oder Rührzellen und/oder Kühlzone (3), und/oder Nadelzelle (4) sowie Auslaufdüse (5) und/oder Muffel (6) zum Heizen bzw. Kühlen sowie einer mit Platin verkleideten Dosier-Ziehnadel (7) mit einem konischen Formkörper (8), dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Heizvorrichtung im konischen Formkörper (8) und/oder im oberen Bereich der äußere Verkleidung (12) vorgesehen ist, welche einen isolierten Bereich zur Durchführung von Leitungen (13) zu wenigstens einem elektrischen Heizelement aufweist, wobei diese in einer oder mehreren Ausnehmungen (11) im konischen Formkörper (8) am Ende der Dosier-Ziehnadel vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Formkörper (8), aus einem oxidhaltigen Aluminiummaterial, vorzugsweise aus Zirkonmaterial besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Formkörper (8) eine Vielzahl von Ausnehmungen und Bohrungen für elektrische Heizelemente aufweist, die je über getrennte Leitungen regelbar mit Strom gespeist werden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Heizelemente (15) aus einem elektrisch leitfähigen Drahtmaterial, insbesondere aus Kanthal, bevorzugt aus Edelmetall bestehen, wobei die Dicke des Drahtmaterials zwischen 0,2 und 10 mm liegt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom zu jedem elektrischen Heizelement einzeln regelbar ist.