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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer
Glasschmelze aus einem Gemenge sowie ein eine solche Vorrichtung
verwendendes Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
solche Vorrichtung ist in
DE
100 16 872 C1 offenbart und in der
1 gezeigt.
Eine Schmelzwanne
101 weist einen rechteckigen Grundriss
auf, mit Umfangswänden
102,
105 und einem
Boden
104. In der Schmelzwanne
101 befindet sich
eine Glasschmelze
107. Im Betrieb ist die Glasschmelze
107 stets
von einer kalten Gemenge-Abdeckung
108 abgedeckt. Die Wanne
wird daher auch als „Cold-Top-Schmelzwanne” bezeichnet.
Zum Zuführen des Gemenges dient eine Förderband
120,
das auf einem von Schienen
122 geführten Transportwagen
121 verfahrbar
angeordnet ist. Aus dem Dosiertrichter
123 fällt
Gemenge auf das Förderband
120, von wo es am vorderen
Umkehrbereich des Förderbandes in Form von kleinen Gemengeeinheiten
109 auf
die Gemenge-Abdeckung
108 bzw. auf die Oberfläche
der Glasschmelze
107 fällt. Um eine geschlossene
Gemenge-Abdeckung zu erreichen, wird das vordere Ende des Förderbandes
120 streifenförmig über
die gesamte Oberfläche der Schmelzwanne
101 gefahren.
Die auf der Glasschmelze
107 liegende Gemengeschicht
108 übt
eine gewisse thermische Isolierwirkung aus.
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Unter
dem Boden 104 der Schmelzwanne 108 befindet sich
ein Auslasskanal 106, dessen Verbindungsöffnung
zur Schmelzwanne hin zu großen Teilen durch eine Abdeckung 115 abgedeckt
ist. Die Glasschmelze 107 kann in den Auslasskanal 106 somit
nur durch eine durch den Boden 104 und die Abdeckung 115 vorgegebene Öffnung
ausströmen. Diese Öffnung befindet sich im Bereich
der Wirkung von Heizkreisen und verhindert, dass nicht vollständig aufgeschmolzene
Gemengeanteile sowie blasenbehaftetes Glas aus dem Bereich der Schmelzwanne direkt
in eine Entnahmeöffnung des Auslasskanals 106 strömt.
Somit lässt sich die Glasqualität verbessern.
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Durch
den kontinuierlichen Betrieb einer solchen Glasschmelzwanne wird
laufend fertig erschmolzenes Glas entnommen und in entsprechendem
Umfang Gemenge eingelegt, wie vorstehend beschrieben. In der Schmelzwanne
entsteht somit eine Entnahmeströmung. Durch Beheizung von oben,
die Wärmeverluste des Wannenbeckens und die Vorgänge
beim Abschmelzen und Läutern des Glases entsteht innerhalb
des Glasbades ein inhomogenes Dichtefeld, das zu Konvektionsströmungen führt.
Daneben wirken, wenn auch in geringerem Umfang, äußere
Kräfte, beispielsweise der Schub von Flammengasen zur Erwärmung
der Oberfläche der Schmelzwanne, die Einlegemaschine zum
Aufbringen der Gemengelage auf das Glasbad, sowie die elektrische
Zusatzheizung. Den größten Einfluss auf die Ausbildung
von Glasströmungen hat jedoch das thermisch bedingte Dichtefeld
im Glasbad und die Entnahmeströmung.
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Um
die Glasqualität bei einer solchen Cold-Top-Schmelzwanne
zu verbessern, sind aus dem Stand der Technik Maßnahmen
bekannt, die für ein geeignetes thermisches Dichtefeld
sorgen sollen, wie beispielsweise in
DE 1 080 740 B ,
US
4,410,997 und
DE
29 17 386 A offenbart.
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Neben
der in der
1 dargestellten Ausführungsform
offenbart die gattungsbildende
DE 100 16 872 C1 der Anmelderin in den
3 und
4 auch eine
alternative Ausführungsform, bei der sich eine Abdeckung
entlang derjenigen Umfangswand, an der sich der Auslasskanal befindet,
erstreckt. Die Abdeckung besteht aus Steinen aus feuerfestem Material und
taucht teilweise in das Schmelzbad ein. Die Abdeckung kann sich
zusätzlich auch entlang von anderen Umfangswänden
der Schmelzwanne erstrecken. Auf diese Weise wird die Fläche
der Gemenge-Abdeckung verkleinert, was die Strömungsverhältnisse
in der Schmelzwanne beeinflusst und insbesondere ein unmittelbares
Absacken von noch nicht erschmolzenem Gemenge von der Oberfläche
der Glasschmelze direkt in die Entnahmeöffnung des Auslasskanals unterbindet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Trotz
der intensiven, vielfältigen Bemühungen zur Verbesserung
der Prozessbedingungen beim Läutern in einer Glasschmelzwanne
besteht weiterer Verbesserungsbedarf, insbesondere nach einfacheren
Problemlösungen.
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Eine
Vorrichtung zum Herstellen einer Glasschmelze aus einem Gemenge
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 geht somit
von einer Vorrichtung aus, wie diese in der
DE 100 16 872 C1 offenbart
ist. Diese Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Umfangswänden,
einen unterhalb des Bodens der Schmelzwanne befindlichen Auslasskanal,
der nahe einer ersten Umfangswand vorgesehen ist, eine Gemenge-Fördereinrichtung
zum Ausbilden einer geschlossenen Deckschicht auf der Oberfläche
der Glasschmelze und einen Randabschlusskörper, der seitlich
an der Schmelzwanne angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist
der Randabschlusskörper an einer Umfangswand gegenüberliegend
der ersten Umfangswand bzw. dem Auslasskanal angeordnet. Der Randabschlusskörper
taucht dabei teilweise oder auch vollständig in die Glasschmelze
ein oder deckt deren Oberfläche geeignet ab, wozu dieser
bevorzugt unmittelbar über der Oberfläche der Glasschmelze
angeordnet ist. Der Randabschlusskörper steht eine vorbestimmte
Distanz von der Umfangswand vor, ragt also um eine gewisse Distanz
in das Innere der Schmelzwanne hinein, um die mit dem Gemenge bedeckbare
Oberfläche der Glasschmelze an dem dem Auslasskanal gegenüberliegenden
Rand der Schmelzwanne zu verkleinern.
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Es
wurde nun festgestellt, dass durch diese überraschend einfache
Maßnahme ein unmittelbares und allzu rasches Absinken von
noch nicht erschmolzenem Gemenge zum Wannenboden unterbunden wird.
Solche Strömungen werden im Einlegebereich der Schmelzwanne
jedenfalls so stark verlangsamt, dass noch nicht erschmolzenes Gemenge
auf dem Weg zum Auslasskanal und dessen Entnahmeöffnung
jedenfalls vollständig erschmolzen ist. Somit ist die Qualität
des Glases verbessert. Ohne auf die zugrunde liegende theoretische
Erklärung festgelegt werden zu möchten, wird derzeit
davon ausgegangen, dass die zusätzliche Abdeckung in dem
Bereich gegenüberliegend dem Auslasskanal zu einer besseren
thermischen Isolation als im Vergleich zu der Gemenge-Abdeckung
führt, so dass gerade in diesem Bereich die Temperatur
nicht so stark abfällt wie bei herkömmlichen Schmelzwannen,
so dass abwärts gerichtete Strömungen in diesem
Bereich deutlich verlangsamt werden. Gleichzeitig wird durch den Randabschlusskörper
die mit Gemenge bedeckte Oberfläche der Glasschmelze in
gewissem Umfang verkleinert, was zu einer Durchsatzsteigerung und/oder
Stabilisierung der restlichen Gemenge-Abdeckung führt.
Insgesamt verbleiben Gemengerelikte in der heißen Zone
der Schmelzwanne länger und können sich aufgrund
der höheren Verweilzeit somit besser und vollständiger
auflösen, was die Produktqualität verbessert.
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Bevorzugt
bildet die erste Umfangswand eine seitliche Begrenzung des Auslasskanals,
an deren unterem Ende eine Austrittsöffnung zum Austreten
der Glasschmelze aus dem Auslasskanal vorgesehen ist. Der Auslasskanal
befindet sich also unmittelbar an der ersten Umfangswand der Schmelzwanne.
Bevorzugt ist der Auslasskanal dabei mittig an der ersten Umfangswand
vorgesehen, weil so die Konvektionsströmungen noch symmetrischer
gemacht werden können.
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Bevorzugt
weist die Schmelzwanne eine vieleckige Grundfläche, bevorzugt
eine rechteckige Grundfläche und noch bevorzugter eine
quadratische Grundfläche, auf. Die zweite Umfangswand,
an welcher der Abschlusskörper vorgesehen ist, befindet sich
also gegenüberliegend der ersten Umfangswand und erstreckt
sich parallel zu dieser. Zur weiteren Symmetrisierung der Konvektionsströmungen
in der Schmelzwanne ist der Randabschlusskörper dabei bevorzugt
mittig an der gegenüberliegenden zweiten Umfangswand angeordnet.
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Grundsätzlich
kann sich der Randabschlusskörper entlang der gesamten
zweiten Umfangswand erstrecken. Bevorzugt erstreckt sich der Randabschlusskörper
jedoch nur über einen Teil der zweiten Umfangswand, überdeckt
insbesondere nur etwa 6% bis 15% und noch bevorzugter etwa 11,3% bis
13,8% der zweiten Umfangswand (bezogen auf eine nach der Erfindung
bevorzugte Grundfläche von 4 × 4 Meter).
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Um
eine allzu stark abwärts gerichtete Konvektionsströmung
im Bereich der zweiten Umfangswand zu verhindern, muss der Randabschlusskörper um
mindestens 0,1 m von der zweiten Umfangswand vorstehen. Bei einer
bevorzugten Grundfläche der Schmelzwanne von vier mal vier
Meter steht der Randabschlusskörper gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform etwa 2,5% bis 25%,
bevorzugter 10% bis 17,5% und noch bevorzugter etwa 15% von der
zweiten Umfangswand vor.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform ist auf einer Oberseite des Randabschlusskörpers
eine zur Oberfläche der Glasschmelze hin geneigte Schräge
vorgesehen, entlang der versehentlich auf den Randabschlusskörper
abgeworfenes Gemenge auf die Gemenge-Abdeckung der Glasschmelze
hinab gleiten kann.
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Bei
einem Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers gemäß der
Erfindung, bei dem ein Gemenge in einer Schmelzwanne zu der Glasschmelze geschmolzen
wird und die Glasschmelzwanne in der Schmelzwanne geläutert
und dann über einen Auslasskanal zur Weiterverarbeitung
ausgelassen wird, ist die Schmelze so, wie vorstehend beschreiben
mit einem Randabschlusskörper versehen.
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Figurenübersicht
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Nachfolgend
wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich
weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben
werden. Es zeigen:
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1 in
einer schematischen Querschnittsansicht eine Vorrichtung zum Herstellen
einer Glasschmelze aus einem Gemenge gemäß dem
Stand der Technik;
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2 in
einer schematischen Querschnittsansicht eine Vorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung zum Herstellen einer Glasschmelze aus einem
Gemenge;
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3 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß der 2;
und
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4 in
einem perspektivischen Teilschnitt den oberen Rand einer Schmelzwanne
gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Randabschlusskörper.
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In
den Figuren bezeichnete identische Bezugszeichen identische oder
im Wesentlichen gleichwirkende Elemente.
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Ausführliche Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispieles:
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Die
in der 2 gezeigte Vorrichtung zum Herstellen einer Glasschmelze
aus einem Gemenge weist grundsätzlich den gleichen Aufbau
wie die herkömmliche Vorrichtung gemäß der 1 auf
und wird entsprechend betrieben. Gemäß den 2 und 3 ist
der Auslasskanal mittig im Boden 4 der Schmelzwanne 1 angeordnet
und beginnt unmittelbar an der vorderen Umfangswand 2.
An der gegenüberliegenden hinteren Umfangswand 5 befindet sich
ein Randstein 10, der bevorzugt aus Quarzal besteht, jedoch
auch aus anderen Materialien gefertigt sein kann, beispielsweise
aus AZS (Aluminium-Zirkonoxid-Silikat), Mullit oder Sillimanit.
Gemäß der 3 erstreckt
sich der Randstein 10 nur über einen Teil der
Länge der hinteren Umfangswand 5 und ist mittig angeordnet.
Das Verhältnis der Gesamtlänge der hinteren Umfangswand 5 zur
Länge des Randsteins 10 kann beispielsweise 6%
bis 15% und bevorzugt 11,3% bis 13,8% betragen, was bei einer bevorzugten
Grundfläche der Schmelzwanne 1 von vier mal vier
Metern einer Gesamtlänge zwischen 0,25 m und 0,6 m und
bevorzugt von etwa 0,5 m entspricht. Der Randstein 10 steht
dabei mindestens 0,1 m von der hinteren Umfangswand 5 vor.
Versuchsreihen der Erfinder haben gezeigt, dass sich die erfindungsgemäßen
Effekte erzielen lassen, wenn der hintere Randstein 10 im
Bereich zwischen 0,1 m und 1 m von der hinteren Umfangswand 5 vorsteht,
wobei bei einer Grundfläche der Schmelzwanne 1 von
vier mal vier Meter, eine Distanz von 0,6 m Vorstand des Randsteins 10 bevorzugt
wird.
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Durch
den Einbau des Randsteins 10 können Kurzschluss-Strömungen
zum Wannenboden 4 deutlich im Geschwindigkeitsprofil verringert
werden, was eine deutliche Qualitätsverbesserung mit sich bringt.
Außerdem kann mit der Geometrie des Randsteins 10 die
mit Gemenge bedeckte Oberfläche der Glasschmelze in gewissen
Umfang verkleinert werden, wodurch eine Durchsatzsteigerung und/oder Stabilisierung
der Gemenge-Abdeckung erzielt werden kann. Der Randstein 10 verhindert
im Bereich der hinteren Umfangswand eine hohe Abwärtsgeschwindigkeit
der Konvektionsströmung, so dass Gemengerelikte länger
in der heißen Zone der Glasschmelze, d. h, mit höherer
Verweilzeit, verbleiben und sich auflösen können.
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Gemäß der 2 taucht
der Randstein 10 in die Oberfläche der Glasschmelze 7 und/oder
die Gemenge-Abdeckung 8 ein, beispielsweise um 0,1 m bis
0,3 m, bevorzugt 0,25 m. Der Randstein 10 kann auch unmittelbar
auf der Oberfläche der Glasschmelze 7 aufliegen
oder mit einer geringen Distanz darüber abschließen.
Insgesamt wird so eine Bedeckung der Oberfläche der Glasschmelze 7 mit
Gemenge unterhalb des Randsteins 10 verhindert.
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Gemäß der 4 liegt
der Randstein 10 unmittelbar auf dem oberen Rand der hinteren
Umfangswand 5 auf. Zu diesem Zweck ist in der Basis 11 eine
sich in Längsrichtung erstreckende Ausnehmung vorgesehen,
so dass nur der seitliche Fortsatz 12 auf dem oberen Umfangsrand
aufliegt und die Basis 11 von der Umfangswand 5 vorsteht.
Eine nicht dargestellte Stahlverspannung kann den Randstein 10 an
der Umfangswand 5 sichern. Gemäß der 4 ist
auf der Oberseite des Randsteins 10 eine Schräge 13 vorgesehen,
die zum Inneren der Schmelzwanne geneigt ist, so dass versehentlich
auf den Randstein 10 auftreffendes Gemenge entlang der
Schräge 13 auf die Oberfläche der Glasschmelze 7 hinab
gleiten kann.
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Durch
den Randstein kann der Wärmehaushalt in der Glasschmelze
konstanter gehalten werden, da Wärmeverluste über
die Gemenge-Abdeckung (durch Strahlung und Konvektion) gleichmäßiger
gehalten werden können. Die heißesten Zonen liegen
im Zentrum der Schmelzwanne.
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Mit
dem Randstein können erfindungsgemäß Durchsatzsteigerungen
der Schmelzwanne im Bereich bis etwa 10% erzielt werden. Durch weitere Vergrößerung
des Randsteins kann der Durchsatz grundsätzlich auch verkleinert
werden, ohne dass die Produktqualität dadurch leidet.
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Zum
Läutern der Glasschmelze wird erfindungsgemäß bevorzugt
Natriumchlorid verwendet. Grundsätzlich eignet sich die
Verwendung der Glasschmelze für sämtliche bekannte
Glassorten. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme
können randseitige Konvektionsströmungen im Bereich
der hinteren Umfangswand um zwei bis drei Stunden verlangsamt werden,
was zum vollständigen Auflösen von Gemengerelikten
ausreichend ist.
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- 1
- Schmelzwanne
- 2
- vordere
Umfangswand
- 3
- Boden
des Auslasskanals
- 4
- Boden
- 5
- hintere
Umfangswand
- 6
- Auslasskanal
- 7
- Glasschmelze
- 8
- Gemengebedeckung
- 9
- Gemengebrocken
- 10
- Randstein
- 11
- Basis
- 12
- Vorsprung
- 13
- Schräge
- 20
- Förderband
- 21
- Transportwagen
- 22
- Führungsschiene
- 23
- Dosiertrichter
- 101
- Schmelzwanne
- 102
- vordere
Umfangswand
- 103
- Boden
des Auslasskanals
- 104
- Boden
- 105
- hintere
Umfangswand
- 106
- Auslasskanal
- 107
- Glasschmelze
- 108
- Gemengebedeckung
- 109
- Gemengebrocken
- 115
- Auslassabdeckung
- 120
- Förderband
- 121
- Transportwagen
- 122
- Führungsschiene
- 123
- Dosiertrichter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10016872
C1 [0002, 0006, 0008]
- - DE 1080740 B [0005]
- - US 4410997 [0005]
- - DE 2917386 A [0005]