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Die Erfindung betrifft Rührbehälter für schmelzflüssiges Glas, entsprechende Rührsysteme, sowie Verfahren zum Zusammenbau derartiger Komponenten und zum Rühren von schmelzflüssigem Glas. Sie betrifft insbesondere die Bauweise von Rührsystemen für Glasschmelzen, deren Rührorgane, Rührer und Rührbehälter in ihrer Wirkungsweise, sprich dem Homogenisieren der Glasschmelze, aufeinander abgestimmt sind.
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In der Glasindustrie, insbesondere in Anlagen zum Schmelzen und Heißformen von Spezialglas, sind Bauteile aus Edelmetall und Edelmetalllegierungen wie vorzugsweise PGM-Werkstoff (PGM = Platinum Group Metals) im Einsatz. Diese schmelztechnischen Anlagenkomponenten oder auch PGM-Produkte genannt, dienen zum Schmelzen, Läutern, Transportieren, Homogenisieren sowie zum Portionieren des flüssigen Glases.
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Bei solchen Bauteilen handelt es sich im wesentlichen entweder um Konstruktionen aus massivem PGM-Werkstoff oder aus hochtemperaturbeständigen Werkstoffen (keramische Feuerfestwerkstoffe, metallische Sonderwerkstoffe) mit dünnwandiger, schützender PGM-Umkleidung, etwa in Form von dünnem Blech oder einer PGM-Oberflächenbeschichtung (aufgebracht z. B. durch Plasmaspritzen, Flammspritzen etc.).
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Glasschmelze führende Anlagenteile sind häufig Edelmetallblech-Konstruktionen, die als dünnwandige Rohrsysteme ausgeführt sind. Durch diese strömt das schmelzflüssige Glas mit Temperaturen zwischen 1000°C und 1700°C.
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PGM-Werkstoffe zeichnen sich aufgrund ihres hohen Schmelzpunktes durch eine hohe Temperaturbeständigkeit und weiterhin durch ihre hohe mechanische Festigkeit sowie Beständigkeit gegen Abrasion aus und eignen sich daher in besonderem Maße zur Herstellung von Konstruktionsteilen in Anlagen oder Anlagenteilen, die in Kontakt mit der Glasschmelze kommen. Geeignete Materialien sind Platin und Legierungen von Platin und/oder anderen Metallen der Platingruppe, die gegebenenfalls auch untergeordnete Mengen an Unedelmetallen als weitere Legierungskomponenten oder oxidische Zusätze enthalten können. Typische Werkstoffe sind Feinplatin, Platin-Rhodium-Legierungen und Platin-Iridium-Legierungen, die zur Steigerung der Festigkeit und Hochtemperaturkriechfestigkeit eine geringe Menge an feinverteiltem Refraktärmetalloxid, wie insbesondere Zirkondioxid oder Yttriumoxid enthalten.
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Der Glasschmelzprozess gliedert sich in folgende Phasen: Rauschmelze, Läuterung, Konditionierung, Speisen und Formen. Um den Homogenisierungsgrad der Gläser zu erhöhen, kommen Rührwerke zum Einsatz. Das Rühren ist Teil der Konditionierung und erfolgt somit nach der Läuterung bzw. vor dem Speisen. Der Verlauf der Zähigkeit des Glases mit der Temperatur ist für die gesamte Glastechnik von grundlegender Bedeutung. Um eine homogene Schmelze zu erzielen, muss sie auf eine Temperatur gebracht werden, bei der die dynamische Viskosität η ~ 102 dPa·s ist. Zum Vergleich: Bei 20°C hat Wasser eine Zähigkeit von 0,01 dPa·s, Olivenöl ca. 102 dPa·s und Honig ca. 104 dPa·s. Die Heißverarbeitung, sprich das Speisen und Formen des Glases wird je nach Verfahren bei 103 bis 108 dPa·s vorgenommen. Somit liegt die Zähigkeit des Glases beim Rühren zwischen 102 und 104 dPa·s. Bei ~1450°C beträgt die dynamische Viskosität von z. B. Borosilicatglas η ~ 103 dPa·s.
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Wie die aufgeführten Daten, Temperatur und dynamische Viskosität zeigen, stellt das effektive Rühren von Glas eine technische Herausforderung dar.
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Rühren zählt zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Grundoperationen. In der einfachen Form werden zwei oder mehr Komponenten miteinander vereinigt und durch das Einbringen von Strömungsbewegungen mit Hilfe des Rührwerkzeuges derart ineinander verteilt, dass sich eine gleichmäßige Zusammensetzung in möglichst kleinen Volumeneinheiten einstellt.
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Es lassen sich folgende 4 Rühraufgaben definieren: Homogenisieren, Suspendieren, Dispergieren und Wärmeübertragen.
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Das Wärmeübertragen, Austausch von Wärme durch die Mischerwand zwischen Mischgut und Mantelmedium, findet ggf. statt, spielt aber bei der Auslegung der Rührsysteme für Glas eine untergeordnete Rolle.
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Da beim Glas die Hauptphase und Zusatzphase Flüssigkeiten sind, besteht die Rühraufgabe ausschließlich im Homogenisieren. Das Homogenisieren ist das Vermischen von Feststoffen oder ineinander löslichen Flüssigkeiten sowie der Ausgleich von Konzentrationsunterschieden und/oder Temperaturunterschieden.
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Mischen wiederum bedeutet prinzipiell das Transportieren von Mischgutkomponenten. Dabei werden 5 einzelne Grundvorgänge unterschieden, die sich unter Umständen übertragen können:
Distributives Mischen: Verteilen, Vermengen, Platzwechsel der Teilchen nach Ordnungs- und Zufallsmatrix. Physikalisch liegt ein Überwinden von Schwerkraft und Coulombreibung vor.
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Dispersives Mischen: Zerkleinern von Aggregaten und Agglomeraten. Dabei wird aufgrund von Haftspannungen die vorliegende Festigkeit überwunden.
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Laminares Mischen: Dehnen, Stauchen, Falter und Überwinden Newtonscher Reibung.
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Turbulentes Mischen: Erzeugung turbulenter Strömung(en) in Flüssigkeiten und Gasen.
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Diffuses Mischen: Konzentrationsausgleich durch Diffusion. Beispiel: Ruhende Fluide.
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Im Fall des Mischens des hochviskosen Stoffes Glas, handelt es sich somit um laminares Mischen und distributives Mischen, wobei dieser Vorgang dem Kneten sehr nahe kommt.
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Kneten bedeutet Mischen von zähen, pastösen und hochviskosen Stoffen. Der Energieeintrag ist hierbei um ein Vielfaches höher als beim Mischen niedrigviskoser Stoffe. Betrachtet man den Arbeitsprozess 'Kneten' vom Strömungsverhalten her, so kann man das Fehlen von Turbulenzen für die Intensität des Mischvorganges charakteristisch nennen. Der Stoffaustausch erfolgt durch Scherung, mechanisches Aufteilen und Stauchen.
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Die Schwierigkeit beim Verarbeiten hochviskoser Flüssigkeiten ist das laminare Strömungsverhalten. Für jeden Mischprozess bedeutet dieses Verhalten Probleme beim Austausch der entsprechenden zu mischenden Stromfäden und Komponenten. Bei laminarer Strömung sind die aus der Viskosität entstehenden Kräfte (Schubspannung, Scherung) dominant.
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Um ein definiertes Mischergebnis zu erreichen, ist die Erfassung des gesamten Behältervolumens durch die laminare Strömung Voraussetzung.
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Bei hohen Viskositäten, wie sie beim Glas üblich sind, kann nur noch eine Zwangsförderung eine ausreichende Homogenisierungsgüte sicherstellen.
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Beim bisherigen Stand der Technik in der Glasindustrie übernimmt die Anlagenkomponente Rührer das Homogenisieren der Glasschmelze in einem Tiegel oder Rührteil bzw. Rührzelle. Die Rührbehälter haben immer eine zylindrische oder leicht kegelige Form mit „glatter” Wandung. Beim kontinuierlichen Schmelzprozess wird das Glas seitlich oben oder unten durch ein Eintrittsrohr dem Rührbehälter zugeführt. Der Glasaustritt erfolgt dann seitlich in einer zum Einlauf versetzten Höhe mittels eines Austrittrohres oder durch den Boden des Behältnisses. Durch den Höhenversatz zwischen Ein- und Auslauf kann beim kontinuierlichen Glasschmelzprozess auf die zwangsfördernde Wirkung des Rührorgans verzichtet werden, da das gesamte Glasvolumen den Rührbehälter passieren muss. Somit besteht die Rühraufgabe im laminaren und distributiven Mischen mit Erfassung des gesamten Behältervolumens.
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Die
DE 10 2004 034 798 A1 betrifft ein Rührsystem für Glasschmelzen. Dabei ist ein Rührer mit einem Schaft, der eine Längsachse definiert, und zumindest zwei Gruppen von Flügeln vorgesehen. Die Flügel umfassen jeweils ein Blatt, welches parallel zur Längsachse ausgerichtet ist, und zumindest eine Öffnung. Zumindest zwei Gruppen von Flügeln sind am Schaft mit einem Abstand zueinander positioniert. Außerdem ist zumindest eine Gruppe von Strombrechem vorgesehen, welche zwischen zwei Gruppen von Flügeln positioniert ist. Rührsysteme für Glasschmelzen sind weiterhin bekannt aus der
US 5 766 296 A , der
US 2 515 478 A , der
DE 44 407 04 A1 , sowie der
US 2 061 367 A .
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte bzw. alternative Rührbehälter für schmelzflüssiges Glas, entsprechende Rührsysteme sowie Verfahren zum Zusammenbau derartiger Komponenten und zum Rühren von schmelzflüssigem Glas bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der Ansprüche gelöst.
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Bei der hier vorliegenden Erfindung handelt es sich insbesondere um ein Rührsystem mit Rührorgan (Rührer) und Rührbehälter. Der Rührer und der Behälter sind in ihrer Geometrie, und somit in ihrer Wirkungsweise, aufeinander abgestimmt, damit ein optimales Rührergebnis erzielt wird. Die Wand des zylindrischen oder leicht kegeligen Rührbehälters weist mehrere Stromstörer in Form von An- und/oder Einbauten auf, die als Flächen- oder Volumenelemente ausgeführt sind, wobei die Volumenelemente als Bestandteil der Rührbehälterwand ausgeführt sein können. Dadurch ergeben sich folgende Vorteile: Die Behälteroberfläche wird vergrößert, was zu einer verbesserten Scherung des Glases führt. Weiterhin wird die Flüssigkeit durch die Stromstörer in Richtung Behältermitte geleitet und/oder besser dem Rührorgan zugeführt. Somit ist sichergestellt, dass das gesamte Glasvolumen von dem Rührorgan erfasst wird.
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Ein gemäß der Erfindung verwendeter Rührbehälter für schmelzflüssiges Glas weist eine Längsachse auf. Dabei kann der Rührbehälter eine gerade und/oder gebogene Form aufweisen. Der Rührbehälter weist neben anderen Flächen eine innere Umfangsfläche auf, die verschiedene Formen haben kann. Die Innenfläche kann durch ein oder mehrere Bleche gebildet werden. Die innere Umfangsfläche hat mindestens zwei oder mehr Stromstörer, die sich von der inneren Umfangsfläche und/oder ihrer Wandung weg in das weitere Innere des Rührbehälters hinein erstrecken. Die Stromstörer sind an verschiedenen Positionen entlang der Längsachse und/oder auf verschiedenen Höhen des Rührbehälters und/oder der Längsachse winkelig um die Längsachse versetzt angeordnet.
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Die Stromstörer können an einer Position und/oder benachbarten Positionen der Längsachse um diese herum im Winkel von 60°, 90°, 120° oder 180° gegeneinander versetzt sein. Unregelmäßige Beabstandungen sind ebenfalls möglich.
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Es können mehrere Stromstörer vorgesehen sein, die jeweils in mindestens zwei Gruppen von jeweils mindestens zwei Stromstörern an jeweils einer Position entlang der Längsachse angebracht sind, wobei benachbarte Gruppen von Stromstörern zueinander versetzt angeordnet sind.
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Ein weiterer alternativer oder zusätzlicher Aspekt der Erfindung betrifft einen Rührbehälter für schmelzflüssiges Glas mit einer Längsachse und einer inneren Umfangsfläche, wobei die innere Umfangsfläche mindestens einen Stromstörer aufweist, der sich von der inneren Umfangsfläche in das Innere des Rührbehälters hinein erstreckt. Dabei hat der Stromstörer eine Kontur, die – quer zur Längsachse betrachtet – sich im Wesentlichen von der inneren Umfangsfläche des Rührbehälters weg zumindest teilweise verjüngt und/oder zuläuft oder konisch ist.
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Die Kontur des Stromstörers kann sich zumindest im wesentlichen oder vollständig von der inneren Umfangsfläche in das Innere des Rührbehälters hin verjüngen.
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Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung können an jeder Position entlang der Längsachse mindestens zwei, vorzugsweise drei Stromstörer vorgesehen sein.
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Die Umfangsfläche ist im wesentlichen durchgängig und im Querschnitt rund, elliptisch oder oval.
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Die innere Umfangsfläche des Rührbehälters kann durch mindestens ein Mantelblech gebildet werden und der/die Stromstörer ist/sind an dem Mantelblech fest angeordnet. Sie können aus dem Mantelblech zumindest teilweise herausgearbeitet sein. Die Stromstörer können durch mindestens ein weiteres am Mantelblech, vorzugsweise durch Schweißen oder Löten, fest angeordnetes Blech gebildet werden.
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Die Stromstörer können sich am weitesten mit einem mittleren Abschnitt und weniger weit mit mindestens einem, vorzugsweise beiden, seitlichen Abschnitten in das Innere des Rührbehälters hinein erstrecken.
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Die Stromstörer können ferner aus einem oder mehreren Blechen geformt sein, deren äußere Kante(n) mindestens zum Teil an die innere Umfangsfläche des Rührbehälters angepasst ist/sind und mindestens zum Teil damit verbunden ist/sind und vorzugsweise mindestens eine Übergangs- und/oder Verbindungslinie aufweist/aufweisen.
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Die Stromstörer weisen mindestens eine erste Fläche, die eine erste Orientierung aufweist, und eine zweite Fläche mit einer von der ersten Orientierung abweichenden zweiten Orientierung auf.
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Die erste und die zweite Fläche können außerdem unter einem Winkel von 30° bis 120°, vorzugsweise 45° bis 105°, weiter bevorzugt etwa 60° zueinander geneigt sein.
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Ein erfindungsgemäßer Rührbehälter kann zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einem oxiddispersionsgehärtetem PGM-Werkstoff bestehen, der insbesondere für schmelzflüssiges Glas für optische Zwecke geeignet ist. Vor allem in Bereichen, in denen der Rührbehälter mit schmelzflüssigem Glas in Berührung kommt, ist dieses Material sehr korrosionsbeständig.
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Die Stromstörer können Aussparungen aufweisen, um Gewicht zu reduzieren und/oder weitere Engstellen für das schmelzflüssige Glas bereitzustellen.
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Ein weiterer zusätzlicher oder alternativer Aspekt der Erfindung betrifft einen Rührer für schmelzflüssiges Glas, der zu dem zuvor beschriebenen Rührbehälter korrespondieren kann. Dieser hat ebenfalls eine Längsachse, die im verbauten Zustand mit der Längsachse des genannten Rührbehälters zusammenfallen kann. Es ist ferner ein Schaft vorgesehen, der mindestens einen Rührkörper aufweist, der sich von dem Schaft radial weg erstreckt. Ferner hat der Rührkörper eine Kontur oder, insbesondere wenn er sich dreht, ein Einhüllende, die sich im wesentlichen quer zur Längsachse von dem Schaft weg zumindest teilweise oder auch im wesentlichen vollständig oder nahezu vollständig verjüngt.
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Der Rührer hat mehrere Rührkörper, die jeweils in mindestens zwei Gruppen von jeweils mindestens zwei Rührkörpern an jeweils einer Position entlang der Längsachse angeordnet sein können, wobei benachbarte Gruppen von Rührkörpern zueinander versetzt angeordnet sind.
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In einem weiteren zusätzlichen oder alternativen Aspekt betrifft die Erfindung ein Rührsystem für schmelzflüssiges Glas mit einem Rührbehälter bzw. einem Rührer wie zuvor oder nachfolgend beschrieben oder beansprucht. Dabei ist mindestens ein Rührer mit einem Schaft und mindestens einem Rührköper vorgesehen. Dabei ist der Rührkörper derart ausgebildet, dass der Rührer durch mindestens eine axiale bzw. translatorische Relativbewegung des Rührers zu dem Rührbehälter, mindestens eine nachfolgende oder gleichzeitige Relativdrehung des Rührers zu dem Rührbehälter und eine weitere axiale bzw. translatorische Relativbewegung des Rührers zu dem Rührbehälter in den Rührbehälter eingeführt werden kann. Dabei kann der Rührer im Betriebszustand im Rührbehälter gedreht werden.
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Der/die Rührkörper kann/können so ausgebildet sein, dass er/sie beim Drehen im Betriebszustand zu der Kontur des/der Stromstörer(s) korrespondiert/korrespondieren. Ferner kann/können der/die Rührkörper eine Kontur bzw. Einhüllende aufweisen, die sich vom Schaft weg verjüngt.
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Das Rührsystem kann zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einem oxiddispersionsgehärtetem PGM-Werkstoff bestehen.
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Der Rührer und/oder der Rührkörper kann Aussparungen aufweisen, um Gewicht zu reduzieren und/oder weitere Engstellen für das schmelzflüssige Glas bereitzustellen.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Rührbehälters für schmelzflüssiges Glas mit einer Längsachse. Es weist insbesondere die folgenden Schritte auf: Ausbilden einer inneren Umfangsfläche, Ausbilden der inneren Umfangsfläche mit mindestens zwei Stromstörern derart, dass die Stromstörer sich von der inneren Umfangsfläche in das Innere des Rührbehälters hinein erstrecken, und Anordnen der Stromstörer an verschiedenen Positionen zu der Längsachse und winkelig um diese versetzt.
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Die Erfindung betrifft zusätzlich oder alternativ ein Verfahren zum Herstellen eines Rührbehälters für schmelzflüssiges Glas mit einer Längsachse, mit den Schritten: Ausbilden einer inneren Umfangsfläche, Ausbilden der inneren Umfangsfläche mit mindestens einem Stromstörer, der sich von der inneren Umfangsfläche in das Innere des Rührbehälters hinein erstreckt, und Ausbilden und/oder Anordnen des Stromstörers mit einer Kontur, die sich im wesentlichen quer zur Längsachse von der inneren Umfangsfläche in ein Inneres des Rührbehälters hin zumindest teilweise verjüngt.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Zusammenbau eines Rührsystems für schmelzflüssiges Glas nach mindestens einem der entsprechenden vorstehenden Ausführungsformen und/oder Aspekte, mit den folgenden Verfahrensschritten: Einführen des Rührers in den Rührbehälter durch mindestens eine axiale und/oder translatorische Relativbewegung des Rührers zu dem Rührbehälter, weiteres nachfolgendes oder gleichzeitiges Bewegen durch eine Relativdrehung des Rührers zu dem Rührbehälter und eine weitere axiale und/oder translatorische Relativbewegung des Rührers zu dem Rührbehälter.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Rühren von schmelzflüssigem Glas mit einem Rührsystem nach mindestens einem der entsprechenden vorstehenden Ausführungsformen und/oder Aspekte mit den folgenden Verfahrensschritten: Zuführen von schmelzflüssigem Glas durch einen Einlass des Rührbehälters, Drehen des Rührers in dem Rührbehälter und Durchführen des schmelzflüssigen Glases durch das Innere des Rührbehälters, wobei beim Drehen des Rührers und Durchführen des schmelzflüssigen Glases durch das Innere des Rührbehälters das schmelzflüssige Glas durch die Rührkörper und die Stromstörer durch Engstellen zwischen diesen geleitet, zerteilt, geknetet und/oder gestaucht wird, und Abführen des schmelzflüssigen Glases durch einen Auslass des Rührbehälters.
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Die Figuren sollen bevorzugte Ausführungsformen gemäß der Erfindung beispielhaft veranschaulichen. Es zeigen:
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1A eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Rührsystems in Sicht von oben in Richtung der Längsachse mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem Rührer;
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1B eine schematische Schnittdarstellung entlang A-A gemäß 1A;
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1C eine schematische Darstellung von erfindungsgemäßen Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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1D eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Rührers;
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1E eine Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 1D und der Stromstörer nach 1C;
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2A eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Rührsystems in Richtung der Längsachse mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem Rührer;
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2B eine schematische Schnittdarstellung entlang B-B gemäß 2A;
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2C eine schematische Darstellung von weiteren erfindungsgemäßen Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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2D eine perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Rührers;
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2E eine Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 2D und der Stromstörer nach 2C;
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3A eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Rührsystems in Richtung der Längsachse mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem Rührer;
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3B eine schematische Schnittdarstellung entlang C-C gemäß 3A;
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3C eine schematische Darstellung von weiteren erfindungsgemäßen Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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3D eine perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Rührers;
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3E eine Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 3D und der Stromstörer nach 3C;
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4A eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Rührsystems in Richtung der Längsachse mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem Rührer;
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4B eine schematische Schnittdarstellung entlang D-D gemäß 4A;
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4C eine schematische Darstellung von weiteren erfindungsgemäßen Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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4D eine perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Rührers;
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4E eine Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 4D und der Stromstörer nach 4C;
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5A eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Rührsystems in Richtung der Längsachse mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem Rührer;
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5B eine schematische Schnittdarstellung entlang E-E gemäß 5A;
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5C eine schematische Darstellung von weiteren erfindungsgemäßen Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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5D eine perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Rührers;
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5E eine Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 5D und der Stromstörer nach 5C;
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6A eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Rührsystems in Richtung der Längsachse mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem Rührer;
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6B eine schematische Schnittdarstellung entlang F-F gemäß 6A;
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6C eine schematische Darstellung von weiteren erfindungsgemäßen Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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6D eine perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Rührers; und
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6E eine Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 6D und der Stromstörer nach 6C.
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Die 1A zeigt einen Rührer 3 mit einem Schaft 30, der in einem Rührbehälter 1 einer Läuterkammer drehbar angeordnet ist. In dieser Ansicht sind vor allem die entlang der Längsachse zueinander versetzten Rührkörper 4 erkennbar. In der dargestellten Ausführungsform sind die Rührkörper 4 um 90° zueinander versetzt. Weiterhin sind Stromstörer 2 in dieser Draufsicht erkennbar, die sich von einer Innenwand 10 des Rührbehälters nach innen erstrecken. Diese können vollständig oder zum Teil in die von den Rührkörpern 4 belassenen Zwischenräume hineinragen.
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Diese Funktionalität ist noch deutlicher in 1B gezeigt. Es ist die in dieser Ansicht erkennbare konische bzw. verjüngte Ausgestaltung der Stromstörer 2 hin zum Inneren des Rührbehälters 1 dargestellt. An der inneren Umfangsfläche 10 des Rührbehälters 1 sind die Stromstörer 2 so angebracht, dass sie den Freiraum zwischen den einzelnen Rührkörpern 4 des Rührers besetzen und diesen wesentlich verkleinern.
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Dabei sind jedoch nur Stromstörer 2 zu erkennen, die sich in 1B im wesentlichen senkrecht zur Papierebene erstrecken. Von den anderen sind nur die hinten liegenden dargestellt. Die Rührkörper 4 können sich im Betrieb frei drehen und nutzen dabei zu einem großen Teil den Raum aus, den die Stromstörer 2 belassen. in den 1A und 1B ist erkennbar, wie zwar einerseits die Glasschmelze von einem Einlass 11 zu einem Auslass 12 gelangen kann, bei einer Drehung des Rührers 3 jedoch von seinen Rührkörpern 4 geknetet, geschert und anders bearbeitet wird.
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Die Stromstörer bestehen aus ebenen, schrägen Blechen, die tangential in einem Abstand zu den Mantelflächen der Kegelstümpfe (Innenwand des Rührbehälters) angebracht sind. In jedem Rührkörperzwischenraum liegen sich zwei Stromstörer spiegelbildlich gegenüber. Entlang der Mittelachse 30 sind die Stromstörer radial winklig versetzt.
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Neben der gezeigten konzentrischen Anordnung des Rührers 3 gegenüber dem Rührbehälter 1 kann ebenfalls bei geeigneter Ausbildung der Rührkörper 4 und der Stromstörer 2 eine nicht-konzentrische Anordnung erreicht werden.
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1C zeigt in perspektivischer Ansicht, wie die Stromstörer 2 ausgebildet sein können. Es kann eine erste Wandung 20 und eine zweite Wandung 21 vorgesehen sein, die einen linienförmigen Übergang 22 aufweisen können. Zur nicht dargestellten Innenwand 10 des Rührbehälters hin sind entsprechende äußere Seiten 23 vorgesehen, die sich vollständig an die Innenwand 10 anschmiegen bzw. damit verbunden sind. Es sind auch Lücken (nicht dargestellt) zwischen der Innenwand und den äußeren Seiten denkbar.
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Der Rührer 3 ist perspektivisch in 1D gezeigt. An dem Schaft 30 befinden sich die Rührkörper 4, die entlang einer nicht gezeigten Längsachse des Rührers 3 beabstandet sind. Die einzelnen, auf der Rührwelle bzw. dem Schaft 30 angebrachten Rührkörper 4 haben die Form zweier gegensinnig aufeinander angeordneter Kegelstümpfe 42, 43 mit zwei zueinander parallel liegenden, ebenen ersten und zweiten Flächen bzw. Blechen 40, 41. Die ebenen Flächen sind durch hyperbolische Kanten begrenzt, die durch die achsparallelen Kegelschnitte entstehen. Die Lage der ebenen Flächen ist von Rührkörper zu Rührkörper radial winklig versetzt. Es kann die Form auch alternativ beschrieben werden: die Rührkörper 4 haben in der gezeigten Ausführungsform eine erste im wesentlichen ebene Fläche 40 und eine zweite korrespondierende Fläche 41, die beide eine Rautenform aufweisen, wobei die stumpfen Ecken abgerundet sind. Die ersten und zweiten Flächen 40, 41 verlaufen im wesentlichen parallel zur Längsachse des Rührers 3, und es liegen sich die ersten Flächen 40 und die entsprechenden zweiten Flächen 41 mit jeweils gleichem Abstand zur Längsachse gegenüber. Die Rührkörper 4 sind jeweils durch eine dritte und vierte Fläche 42, 43 geschlossen. Es wird deutlich, wie die Rührkörper sich nach außen verjüngen, in der gezeigten Ausführungsform über die ganze Länge, wobei die dritte und vierte Fläche 42, 43 in einer Linie ineinander übergehen. Diese Linie kann gerade oder gebogen sein. In der dargestellten Ausführungsform ist sie leicht gebogen, so dass die Linie bei einer Drehung des Rührers einen Kreis beschreibt oder diesem näher als eine gerade Linie kommt. Der in 1D unterste Rührkörper 4 weist nach unten hin eine leichte Spitze 44 auf, was im wesentlichen durch die entsprechende Ausformung der vierten Fläche 43 erreicht wird.
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Das Zusammenwirken der Rührkörper 4 und der Stromstörer 2 ist in 1E dargestellt, wobei die Innenwand aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt ist. Es ist erkennbar, wie dicht die Rührkörper 4 in die durch die Stromstörer gebildeten Konturen bei der Drehung des Rührers eingreifen.
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Durch die großen Volumina von Rührkörpern 4 und Stromstörern 2 wird das schmelzflüssige Glas beim Durchströmen des Rührbehälters häufig durch Engstellen geleitet. Die Relativbewegung zwischen diesen beiden Rührorganen in diesen Engstellen knetet die Glasschmelze. Die radial winklig versetzte Anordnung von Rührkörpern und Stromstörern bewirkt, dass der Glasstrom von den Rührkörpern in jeder Ebene mehrfach zerteilt wird.
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Durch den radial winkligen Versatz der Rührorgane wird es erst möglich den Rührer in den Rührbehälter abzusenken, indem abwechselnd um eine Rührkörperhöhe gesenkt und anschließend um den Winkelversatz gedreht wird.
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2A zeigt modifiziert ausgebildete Rührkörper 104, die durch im wesentlichen waagerecht bzw. horizontal angeordnete Bleche und im wesentlichen vertikal angeordnete Flächen gebildet werden. Diese Variante ist u. a. materialsparend, was bei dem verwendeten Material eine größere Ersparnis mit sich bringen kann. Es wird in 2A vor allem deutlich, wie die horizontalen Bleche abgewinkelt sein können. Ein zweites im wesentlichen vertikal angeordnetes Blech, das zusammen mit einem im wesentlichen horizontalen Blech einen Rührkörper bildet, ist so ausgeformt, dass es beim Einsetzen des dargestellten Rührers zwischen den horizontalen Flächen der Stromstörer translatorisch bewegt hindurch passt.
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2B zeigt das Zusammenwirken der entsprechenden Stromstörer 102 und Rührkörper 104 im eingebauten Zustand. Es wird ebenfalls deutlich, wie bei der versetzten Anordnung der Stromstörer und der Rührkörper beim Zusammenbau der unterste Rührkörper zwischen den obersten Stromstörern translatorisch hindurchbewegt werden muß, um dann – hier um 90° – gedreht zwischen die zweiten Stromstörer translatorisch hindurchbewegt zu werden usw. Die weiter oben angeordneten Rührkörper werden entsprechend durch die Stromstörer hindurchbewegt.
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2C zeigt die Ausbildung der Stromstörer 102 gemäß dieser Ausführungsform und die entweder z. T. zusammengesteckten und/oder aus Einzelteilen zusammengefügten Bestandteile, die entlang einer Linie 122 ineinander übergehen. Es ist hier die konische Kontur, die sich von außen nach innen durch die Stromstörer ausbildet, erkennbar. An der inneren Umfangsfläche (nicht dargestellt) des Rührbehälters sind die Stromstörer 102 so angebracht, dass sie den Freiraum zwischen den einzelnen Rührerblättern des Rührers besetzen und diesen wesentlich verkleinern. Die Stromstörer 102 können analog zum Rührer aus Horizontal- und zentrisch kreuzenden ebenen Vertikalblechen 120, 121 aufgebaut sein. Die Horizontalbleche haben eine Kontur, die den Freiraum der Rührblätter ausfüllt. In jedem Rührblattzwischenraum liegen sich zwei Stromstörer spiegelbildlich gegenüber. Entlang der Mittelachse sind die Stromstörer radial winklig versetzt.
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2D stellt den Schaft 30 mit den korrespondierenden durch die Bleche 140 und 141 gebildeten Rührkörpern 104 dar. Die einzelnen, auf der Rührwelle angebrachten Rührkörper 104 bestehen aus einem hantelförmigen, ebenen, horizontalen Blech 141 und aus vertikalen dreieckigen Blechen 140. Die vertikalen Dreieckbleche 140 kreuzen die hantelförmigen Horizontalbleche 141 zentrisch und siegen mit ihrer Grundseite am Schaft 30 an, so dass ihre Spitze am äußersten Rührerumfang liegt. Die Lage der Rührerkörper 104 ist zueinander radial winklig versetzt.
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2E zeigt das Zusammenwirken der Rührkörper 104 und der Stromstörer 102. Die dreieckigen Vertikalbleche 140 in den Rührkörpern 104 bewegen die Glasschmelze radial. Immer wenn sie aneinander vorbeilaufen entsteht dabei während der Drehung regelmäßig eine Engstelle zwischen den Vertikalblechen 140 des Rührers und den Stromstörern 102 des Rührbehälters. Diese Engstellen stauchen die Glasschmelze. Die Horizontalbleche, die sowohl in den Rührerblättern, als auch in den Stromstörern verbaut sind, zerschneiden den Glasstrom permanent.
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Gemäß 3A sind drei Rührkörper 204 um jeweils 120° zueinander versetzt. Stromstörer 202 sind entsprechend ausgebildet, um auch den bereits zuvor beschriebenen Zusammenbau zwischen Rührer und Rührbehälter zu ermöglichen.
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In 3B ist die konische Ausbildung der Rührkörper 204 und der Stromstörer 202 zu sehen.
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Ein entsprechender Aufbau der Stromstörer 202 und der Rührkörper 204 ist den 3C und 3D entnehmbar. Diese sind aus im wesentlichen quer zueinander ausgerichteten Blechen 220, 221 bzw. 240 und 241 aufgebaut. An der inneren Umfangsfläche (nicht dargestellt) des Rührbehälters sind Stromstörer 202 so angebracht, dass sie den Freiraum zwischen den einzelnen Rührerblättern des Rührers besetzen und diesen wesentlich verkleinern. Die Stromstörer 202 sind analog zu den Rührkörpern aus Horizontal- und zentrisch kreuzenden ebenen Vertikalblechen 220, 221 aufgebaut. Die Horizontalbleche 220 haben eine Kontur, die die Freiräume der Rührblätter ausfüllt. Entlang der Mittelachse sind die Stromstörer radial winklig versetzt.
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Die einzelnen auf der Rührwelle bzw. dem Schaft 30 angebrachten Rührkörper 204 bestehen aus einem sternförmigen, ebenen, horizontalen Blech 241 und aus vertikalen dreieckigen Blechen 240. Die vertikalen Dreieckbleche 240 sitzen an jeder Sternspitze der Horizontalbleche 241 und kreuzen diese zentrisch. Die vertikalen Bleche 240 liegen mit Ihrer Grundseite am Rührerschaft 30 an, so dass ihre Spitze am äußersten Rührerumfang liegt. Die Lage der Rührerblätter ist zueinander radial winklig versetzt. Hierbei ist bei den Rührkörpern deutlich, dass die Bleche 241 eine im wesentlichen rechteckige Form haben können.
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Die Funktionalität ist aus 3E erkennbar und gleicht im wesentlichen der zuvor beschriebenen.
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Einen komplexeren Aufbau, der Vorteile in der Steifigkeit haben kann, wird in den 4A bis 4E gezeigt. Die Rührkörper 304 sind gemäß 4A zwischen den Stromstörern 302 im Zusammenbau in der bereits beschriebenen Weise hindurchführbar.
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In den 4C und 4D ist der Aufbau dieser Elemente dargestellt. Während in 4C ein relativ einfacher Aufbau der Stromstörer 302 aus zwei sich in einer Verbindungslinie 322 treffender Bleche 320 und 321 dargestellt ist, zeigt 4D die aus einer relativ großen Zahl von Blechen 340 bis 343 zusammengesetzten Rührkörper 304. Die Rührkörper sind auf der Rührwelle bzw. dem Schaft 30 angebracht und haben die Form zweier gegensinnig aufeinander angeordneter Pyramiden. Die Rührkörper sind zueinander radial winklig versetzt. Die Stromstörer 302 bestehen aus ebenen, schrägen Blechen, die tangential in einem Abstand zu den Kanten der Pyramiden der Rührkörper angebracht sind. Entlang der Mittelachse sind die Stromstörer radial winklig versetzt.
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Es wird deutlich, dass erfindungsgemäß eine Vielzahl von unterschiedlichen Ausbildungen der einzelnen Elemente und deren Zusammenfügung möglich sind. Das Zusammenwirken der Elemente zeigt 4E. An der inneren Umfangsfläche (nicht dargestellt) des Rührbehälters sind die Stromstörer 302 so angebracht, dass sie den Freiraum zwischen den einzelnen Rührkörpern 304 des Rührers besetzen und diesen wesentlich verkleinern. Durch die großen Volumina von Rührkörpern und Stromstörern wird das schmelzflüssige Glas beim Durchströmen des Rührbehälters häufig durch Engstellen geleitet. Die Relativbewegung zwischen diesen beiden Rührorganen in diesen Engstellen knetet die Glasschmelze. Die radial winklig versetzte Anordnung von Rührkörpern und Stromstörern bewirkt, dass der Glasstrom von den Rührkörpern in jeder Ebene mehrfach zerteilt wird.
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Durch den radial winkligen Versatz der Rührorgane wird es erst möglich, den Rührer in den Rührbehälter abzusenken, indem abwechselnd um eine Rührkörperhöhe gesenkt und anschließend um den Winkelversatz gedreht wird.
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Die 5A bis 5E zeigen eine weitere Ausführung der Erfindung, vor allem den versetzt angeordneten Aufbau der Stromstörer 402 und der damit kooperierenden Rührkörper 404. Bei der dargestellten Ausführungsform der Stromstörer 402 wird deutlich, dass diese paarweise oder alle untereinander verbunden sein können. Dies erhöht die Stabilität des (nicht dargestellten) Rührbehälters. An der inneren Umfangsfläche des Rührbehälters sind Stromstörer 402 so angebracht, dass sie den Freiraum zwischen den einzelnen Rührkörpern des Rührers besetzen und diesen wesentlich verkleinern. Die Stromstörer bestehen gemäß 5C aus ebenen vertikalen und horizontalen Blechen 420, 421, die derart an der inneren Mantelfläche des Rührbehälters angebracht sind, dass sie nur noch eine Öffnung in Form eines Dreieckprismas 422 freigeben.
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Entlang der Mittelachse sind die Stromstörer radial winklig versetzt. Durch die grollen Volumina von Rührkörpern und Stromstörern wird das schmelzflüssige Glas beim Durchströmen des Rührbehälters häufig durch Engstellen geleitet. Die Relativbewegung zwischen diesen beiden Rührorganen in diesen Engstellen knetet die Glasschmelze. Die radial winklig versetzte Anordnung von Rührkörpern und Stromstörern bewirkt, dass der Glasstrom von den Rührkörpern in jeder Ebene mehrfach zerteilt wird.
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Durch den radial winkligen Versatz der Rührorgane wird es erst möglich, den Rührer in den Rührbehälter abzusenken, indem abwechselnd um eine Rührkörperhöhe gesenkt und anschließend um den Winkelversatz gedreht wird.
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Die 6A bis 6F zeigen eine Ausführungsform mit ebenfalls durch mehrere Bleche 520 bis 523 sowie 540 und 541 zusammengesetzten Stromstörern 502 bzw. Rührkörpern 504, die wie in 6E kooperieren können.
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Die einzelnen auf der Rührwelle 30 angebrachten prismatischen Rührkörper 504 haben eine sternförmige Grundfläche, vgl. 6D. Die Grundfläche steht orthogonal zur Rührwellenachse. Die Rührkörper sind zueinander radial winklig versetzt.
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An der inneren Umfangsfläche (nicht gezeigt) des Rührbehälters sind gemäß den 6C und 6E die Stromstörer 502 so angebracht, dass sie den Freiraum zwischen den einzelnen Rührkörpern des Rührers besetzen und diesen wesentlich verkleinern. Die Stromstörer bestehen aus ebenen vertikalen und horizontalen Blechen 522, 523 bzw. 520, 521 die derart an der inneren Mantelfläche des Rührbehälters angebracht sind, dass sie nur noch eine Öffnung in Sternform freigeben. Entlang der Mittelachse sind die Stromstörer radial winklig versetzt.
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Durch die großen Volumina von Rührkörpern 504 und Stromstörern 502 wird das schmelzflüssige Glas beim Durchströmen des Rührbehälters häufig durch Engstellen geleitet. Die Relativbewegung zwischen diesen beiden Rührorganen in diesen Engstellen knetet die Glasschmelze. Die radial winklig versetzte Anordnung von Rührkörpern und Stromstörern bewirkt, dass der Glasstrom von den Rührkörpern in jeder Ebene mehrfach zerteilt wird. Durch den radial winkligen Versatz der Rührorgane wird es erst möglich, den Rührer in den Rührbehälter abzusenken, indem abwechselnd um eine Rührkörperhöhe gesenkt und anschließend um den Winkelversatz gedreht wird.
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Die Erfindung umfasst ebenfalls einzelne in den Figuren gezeigte Merkmale, auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind und/oder vorstehend oder nachfolgend nicht genannt sind.
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Die Erfindung umfasst ebenfalls Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen, die vorstehend oder nachfolgend zu verschiedenen Ausführungsformen genannt oder gezeigt sind.
