DE102016112081B4

DE102016112081B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Glasschmelzen

Info

Publication number: DE102016112081B4
Application number: DE102016112081.2A
Authority: DE
Inventors: Holger Hunnius; Franz-Peter Eckes; Gregor Rösel
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2036-07-02
Also published as: DE102016112081A1

Abstract

Verfahren zur Behandlung von Glasschmelzen, bei welchem eine Glasschmelze (2) erzeugt und zumindest teilweise in einem Gefäß (4) gelagert oder geführt wird, dessen mit der Glasschmelze (2) in Kontakt stehende Wandung (6) mindestens teilweise durch ein Edelmetall (8) gebildet wird, wobei ein Aerosol (10) mit Tröpfchen (12) einer Wasserstoff in gebundener Form enthaltenden Flüssigkeit (14), insbesondere Wassertröpfchen in einem Trägergas (15) erzeugt und die Wandung (6), insbesondere deren Außenseite (60) mit dem Aerosol (10) beaufschlagt wird, so dass die Tröpfchen (12) verdampfen und den Wasserstoff-Partialdruck an der Außenseite (60) der Wandung (6) anheben, um die Entstehung von Sauerstoff-Blasen in der Schmelze aufgrund von in der Schmelze enthaltenem Wasser und Diffusion von durch Zersetzung des Wassers gebildeten Wasserstoff durch das Edelmetall hindurch zu verringern oder vollständig zu unterdrücken, wobei ein Aerosol (10) mit einer mittleren Tröpfchengröße von kleiner als 50 µm erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Handhabung, insbesondere Transport, Lagerung und Verarbeitung von Glasschmelzen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Handhabung von Glasschmelzen in Vorrichtungen mit glasführenden metallischen Wänden.
In der US 5,785,726 A wird ein Verfahren zur Glasherstellung mit Platin- oder Molybdän-Gefäßen beschrieben, bei welchem der Wasserstoff-Partialdruck außerhalb des Gefäßes relativ zum Wasserstoff-Partialdruck innerhalb des Gefäßes geregelt oder geändert wird. Mit dieser Regelung soll eine oberflächliche Blasenbildung der Schmelze im Kontakt mit dem Platin oder Molybdän vermieden werden.
Die US 2004/0067369 A1 betrifft ein beschichtetes Metallelement, welches für die Herstellung von Glas verwendet wird. Das Element weist eine Beschichtung auf der der Glasschmelze abgewandten Seite auf. Diese Beschichtung ist für Wasserstoff undurchlässig. Damit soll eine H2-Diffusion und eine damit verbundene Bildung von Sauerstoff-Blasen aufgrund von in der Schmelze vorhandenem Wasser unterdrückt werden.
Die US 8 127 572 B2 beschreibt ein Verfahren zur Kontrolle der Blasenbildung in einer Glasschmelze, die durch ein System mit einem oder mehreren Refraktärmetall-Behältern fließt. Das Verfahren sieht vor, einen Blasenindex zu ermitteln und einen kritischen Blasenindex zu bestimmen. Dieser Index kann dann verwendet werden, um die hauptsächlich für die Blasenbildung maßgeblichen Parameter zu kontrollieren. Diese Parameter umfassen den Wassergehalt, die Konzentration reduzierter polyvalenter Oxide in der Schmelze, sowie den Wasserstoff-Partialdruck der mit der Außenseite des Refraktärmetalls in Kontakt stehenden Atmosphäre. Außerdem wird ein minimaler Wasserstoff-Partialdruck genannt, der notwendig ist, um ein im Wesentlichen blasenfreies und außerdem Arsen- und Antimon-freies Glas herzustellen.
Die DE 10141 585 A1 betrifft ein Edelmetallrohr zum Führen einer Glasschmelze, das als Doppelmantel ausgebildet ist, wobei der Innenraum des Edelmetallmantels sowie der Zwischenraum zwischen dem inneren Edelmetallrohr und äußeren Edelmetallrohr mit Glasschmelze gefüllt ist. Es wird ein Verfahren zum sauerstoffblasenfreien Führen einer Glasschmelze durch ein Rinnensystem mit einem Edelmetallrohr beschrieben, wobei das Edelmetallrohr als Doppelmantel ausgebildet ist und der Innenraum des Edelmetallmantels sowie der Zwischenraum zwischen dem inneren Edelmetallrohr und äußeren Edelmetallrohr mit Glasschmelze gefüllt wird.
Aus der US 2013/0333420 A1 ist eine Edelmetallkonstruktion mit einer inneren gaspermeablen Membran als schmelzenführender Behälter für die Glasherstellung bekannt. Die innere gaspermeable Membran kann mit einer Gasatmosphäre beaufschlagt werden, um den Fluss von Wasserstoff in und aus der Schmelze zu steuern. Auf diese Weise sollen unerwünschte Reaktionen an der Grenzfläche der Schmelze zum Edelmetall, die Blasen oder Einschlüsse hervorrufen, unterbunden werden.
Die US 8,683,827 B2 beschreibt einen langgestreckten Kanal zur Konditionierung von Schmelzen. Die Wand des Kanals ist aus Edelmetall, wie beispielsweise einer Platin-Rhodium-Legierung.
Die US 2005 0083 989 A1 beschreibt ein Schmelzerfahren, bei dem die Volumenverhältnisse zwischen einem Bereich des Einschmelzens und einem Bereich des Läuterns flexibel eingestellt werden können. Das Verfahren umfasst die Schritte des Aufgebens eines Gemenges und dessen Aufschmelzens in zumindest einen ersten Bereich auf der Zufuhrseite eines Skulltiegels des Eintretens in zumindest einen zweiten Bereich des Skulltiegels, des Aufschmelzens und/oder Läuterns des Tiegelinhaltes in diesem Bereich und des Entnehmens des aufgeschmolzenen Tiegelinhaltes durch zumindest eine Entnahmevorrichtung. Das Volumen der Zufuhrseite und/oder der Abfuhrseite des Skulltiegels wird hierbei flexibel eingestellt.
Die US 2006 0137 402 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum konduktiven Erhitzen von Schmelzen, welche ein schnelles Aufschmelzen, Läutern und/oder Behandeln von Schmelzen ermöglicht. Die Vorrichtung enthält zumindest eine Elektrode sowie ein Kühlsystem mit regelbarer Kühlstärke.
Die auch im vorstehend genannten Stand der Technik angewendeten Techniken zur Regulierung des Wasserstoff-Partialdrucks basieren auf einer Einstellung des Feuchtegehalts, etwa durch Bedampfung mit Wasserdampf, einer Begasung mit Formiergas oder auch einer äußeren Beschichtung, zum Beispiel einer Verglasung.
Je nach Glastyp und Vorbehandlung können die Mengen gelösten Wassers in der Schmelze derart sein, dass ein blasenfreie Prozessierung dennoch nicht gewährleistet sein kann. Dies ist auch dann der Fall, wenn die Wandung des schmelzeführenden Gefäßes so dick ist, dass kein ausreichend schneller Ausgleich der Partialdrücke mehr möglich ist. Wünschenswert wäre daher ein Medium mit einem hohen Wasserstoff-Gehalt. Andererseits ist auch der technische Aufwand für eine feuchtigkeitsregulierte Umgebung von Refraktärmetall-Gefäßen hoch.
Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, die Regelung des Wasserstoff-Partialdrucks bei der Handhabung von Glasschmelzen in Edelmetall-Gefäßen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Demgemäß sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Glasteilen vor, bei welchem eine Glasschmelze erzeugt und zumindest teilweise in einem Gefäß gelagert oder geführt wird, dessen mit der Glasschmelze in Kontakt stehende Wandung mindestens teilweise durch ein Edelmetall gebildet wird, wobei ein Aerosol mit Tröpfchen einer Wasserstoff in gebundener Form enthaltenden Flüssigkeit in einem Trägergas erzeugt und die Außenseite der Wandung mit dem Aerosol beaufschlagt wird, so dass die Tröpfchen verdampfen und den Wasserstoff-Partialdruck an der Außenseite der Wandung anheben, um die Entstehung von Sauerstoff-Blasen in der Schmelze aufgrund von in der Schmelze enthaltenem Wasser und Diffusion von durch Zersetzung des Wassers gebildetem Wasserstoff durch das Edelmetall hindurch zu unterdrücken. Dabei wird ein Aerosol mit einer mittleren Tröpfchengröße von kleiner als 50 µm erzeugt. Das Verdampfen der Tröpfchen kann auf oder bereits vor der Wandung, beziehungsweise in der Umgebung der Wandung erfolgen. Letzteres ist der Fall, wenn die Temperatur in der Umgebung bereits hinreichend groß ist, so dass die Tröpfchen bereits vor dem Kontakt mit der Wandung in die Gasphase übergehen.
Mit Vorteil kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu gasförmigem Wasserdampf eine größere Menge an Wasserstoff zur Verfügung gestellt werden.
Die entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von Glasteilen aus einer Glasschmelze mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, umfasst ein Gefäß zur Aufnahme der Glasschmelze und eine Heizeinrichtung zur Beheizung der Glasschmelze, wobei die Wandung des Gefäßes, welche in Kontakt mit der Glasschmelze steht, mindestens teilweise durch ein Edelmetall gebildet wird, und wobei die Vorrichtung weiterhin einen Aerosolerzeuger umfasst, welcher eingerichtet ist, ein Aerosol mit einem Trägergas und darin schwebenden Tröpfchen einer Wasserstoff enthaltenden Flüssigkeit zu erzeugen, sowie eine Einrichtung, um das erzeugte Aerosol der Außenseite der Wandung zuzuführen, so dass die Tröpfchen verdampfen und den Wasserstoff-Partialdruck an der Außenseite der Wandung anheben, um die Entstehung von Sauerstoff-Blasen in der Schmelze aufgrund von in der Schmelze enthaltenem Wasser und Diffusion von durch Zersetzung des Wassers gebildetem Wasserstoff durch das Edelmetall hindurch zu unterdrücken. Dabei umfasst der Aerosolerzeuger einen Ultraschallzerstäuber, der eine Sonotrode umfasst, welche von der zu zerstäubenden Flüssigkeit und dem Trägergas umströmt wird.
Der Wasserstoff ist in der Flüssigkeit in gebundener Form vorhanden. Hier bietet sich vor allem Wasser als Flüssigkeit mit dem in den Wassermolekülen gebundenen Wasserstoff an. Demgemäß ist in besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, ein Aerosol mit Wassertröpfchen in einem Trägergas zu erzeugen. Denkbar sind aber auch andere Flüssigkeiten, wie etwa Kohlenwasserstoffe. Außerdem können verschiedene Flüssigkeiten gemischt oder Lösungen als Flüssigkeiten verwendet werden. Durch Mischung geeigneter Flüssigkeiten kann die Temperatur, bei der das Aerosol in den dampfförmigen Zustand übergeht, eingestellt werden.
Das Aerosol wird weiterhin besonders bevorzugt durch Zerstäuben einer Flüssigkeit erzeugt. Möglich wäre auch beispielsweise eine Erzeugung des Aerosols durch Kondensation eines übersättigten Dampfes. Das Zerstäuben ist aber unter anderem deshalb besonders günstig, weil es ermöglicht, hohe Flüssigkeitsmengen im Aerosol aufzunehmen.
Unter den verschiedenen Verfahren zum Zerstäuben eignet sich dabei das Ultraschallzerstäuben besonders. Mit diesem Verfahren lassen sich in einfacher Weise kleine Flüssigkeitströpfchen erzeugen. Dies ist günstig, um das Aerosol ohne erhebliche Koagulation zu größeren Tröpfchen und deren Absinken oder einem vorzeitigen Niederschlag an den Wandungen leiten zu können. Andere Verfahren zur Zerstäubung von Flüssigkeiten sind zum Beispiel Hochdruckzerstäubung, Zerstäubung mittels eines unter Druck stehenden Gases, insbesondere mittels Druckluft oder mittels eines Rotations- bzw. Fliehkraftzerstäubers.
Generell ist es möglich, ein Aerosol zu erzeugen, welches einen Gehalt an Flüssigkeit aufweist, der höher ist, als der dem Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit im Trägergas bei der Temperatur des Aerosols entsprechende. Demgemäß kann verglichen mit einem wasserstoffhaltigen Gas mit dem erfindungsgemäßen Verfahren also auch eine größere Menge an Wasserstoff am schmelzeführenden Gefäß bereitgestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Aerosol mit einer Temperatur von kleiner als 100 °C erzeugt und dem Gefäß zugeführt. Dies ist sinnvoll, um bei Normaldruck Wasser oder eine andere Wasserstoff-haltige Flüssigkeit mit Siedepunkt unterhalb von 100 °C als flüssige Phase des Aerosols zu stabilisieren.
In einer besonders bevorzugten Verfahrensführung wird ein Aerosol mit einer mittleren Tröpfchengröße von kleiner als 10 µm erzeugt. Mit Vorteil kann so bei einer Leitung der Tröpfchen in unbeheizten Schläuchen oder Kanälen ein Niederschlag erheblicher Flüssigkeitsmengen an den Leitungswänden vermieden werden.
Ein besonders bevorzugtes Edelmetall für das schmelzeführende Gefäß ist Platin. Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, das das Gefäß eine Wandung aus Platin oder einer Platin-Legierung umfasst.
Die Erfindung wird nachfolgend auch anhand der beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:

1 schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasteilen,
2 ein Ausführungsbeispiel eines Aerosolerzeugers.
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aerosolerzeugers mit mehreren Ultraschallgeneratoren,
4 und 5 Ausführungsbeispiele eines Aerosolerzeugers mit einer flüssigkeitsumströmten Sonotrode,
6 bis 9 Beispiele von schmelzeführenden Gefäßen mit Edelmetall-Wandung.

1 zeigt schematisch Teile einer Vorrichtung 18 zur Herstellung von Glasteilen 1.
Die in 1 schematisch dargestellte Vorrichtung 18 umfasst eine Einschmelzwanne 3, in welcher mittels einer Heizeinrichtung 20 Gemenge und/oder Glasscherben zu einer Glasschmelze 2 aufgeschmolzen wird. Die Glasschmelze 2 wird mittels eines Gefäßes 4 in Form einer Rohrverbindung einer Läuterwanne 7 zugeführt und darin geläutert. Mittels eines weiteren Gefäßes 4 in Form einer Rohrverbindung wird die geläuterte Glasschmelze 2 dann einer Heißformgebungsvorrichtung zugeführt, die ein oder mehrere Glasteile 1 formt. Ein solches Glasteil 1 kann beispielsweise eine Float- oder Walzglasscheibe sein. Auch können optische Komponenten oder Vorformlinge für solche optischen Komponenten geformt werden.
Die Gefäße 4, also im dargestellten Beispiel die Verbindungsleitungen sind aus Edelmetall 8, vorzugsweise Platin oder einer Platinlegierung gefertigt. Bei Kontakt der Glasschmelze mit der Wandung 6 kann es nun zu einer Disproportionierung von in der Schmelze enthaltenem Wasser kommen. Der Wasserstoff kann dabei leicht durch das heisse Edelmetall hindurch diffundieren. Dies führt zu einer unerwünschten Bildung von Sauerstoff-Blasen an der Innenseite der Wandung 6 des Gefäßes 4.
Eine geeignete Maßnahme, um die Blasenbildung zu verhindern, besteht darin, den Wasserstoff-Partialdruck an der Außenseite der Wandung 6 zu erhöhen. Damit wird durch Angleichung des äußeren Wasserstoff-Partialdrucks die Diffusion von Wasserstoff durch die Wandung hindurch unterdrückt oder zumindest verringert, beziehungsweise ein Diffusionsgleichgewicht geschaffen oder angenähert.
Eine einfache Methode zur Erhöhung des Wasserstoff-Partialdrucks auf der Außenseite der Wandung 6 ist, eine Wasserstoff-haltige Verbindung zuzuführen, die ebenfalls an der heißen Edelmetall-Oberfläche oder deren Umgebung disproportioniert, so dass der durch die Disproportionierung entstandene Wasserstoff in die Wandung hinein diffundieren kann. Als Wasserstoff-haltige Verbindung bietet sich insbesondere Wasser an. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Wasser nicht als Wasserdampf, sondern in Form eines von einem Aerosolerzeuger 22 erzeugten Aerosols 10 der Wandung 6 zugeführt wird. Das Aerosol 10 wird durch Tröpfchen 12 einer wasserstoffhaltigen Flüssigkeit in einem Trägergas 15 gebildet. Als Trägergas 15 wird im einfachsten Fall Luft verwendet. Möglich ist beispielsweise auch Stickstoff oder ein Edelgas, oder Mischungen dieser Gase. Diese kann vom Aerosolerzeuger 22 angesaugt und mit den Tröpfchen 12 der wasserstoffhaltigen Flüssigkeit angereichert werden. Das Zuführen des Aerosols 10 vom Aerosolerzeuger 22 zur Wandung 6 des Gefäßes 4, beziehungsweise zur Außenseite 60 der Wandung 6 erfolgt mittels einer Zuführeinrichtung 26. Die Zuführeinrichtung 26 umfasst im dargestellten Beispiel Rohrleitungen 261, die in eine Ummantelung 262 um die Wandung 6 münden, sowie eine Fördereinrichtung im Form von in den Rohrleitungen angeordneten Ventilatoren 260, welche das Aerosol 10 durch die Rohrleitungen in den Zwischenraum zwischen der Ummantelung 262 und der Wandung 6 des Gefäßes 4 fördern. Desweiteren kann die Förderung des Aerosols auch durch ein Trägergas 15 wie z.B. Luft oder Stickstoff erfolgen, das unter Überdruck steht und an den Aerosolerzeuger 22 angeschlossenen ist.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass es hinsichtlich des Transports des Aerosols zur Wandung 6 des Gefäßes eine Vielzahl möglicher Ausgestaltungen gibt. So kann die Ummantelung auch ein Isolationsmaterial umfassen, in welchem Kanäle zum Hindurchleiten des Aerosols 10 vorhanden sind.
Jedenfalls kommt es an der heißen Außenseite 60 der Wandung, die mit dem Aerosol 10 beaufschlagt wird zum Verdampfen der Tröpfchen 12 des Aerosols 10 und zu einer Anhebung des Wasserstoff-Partialdrucks an der Außenseite 60. Durch den Transport der Wasserstoff-haltigen Verbindung in Tröpfchen 12 eines Aerosols 10 kann eine höhere Menge an Wasserstoff zur Verfügung gestellt werden, verglichen mit einer mit gasförmigem Wasserdampf versehenen Atmosphäre. Dies gilt, da bei einem Aerosol keine Beschränkung des Wasserstoffgehalts durch einen Sättigungsdampfdruck besteht. Daher ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ohne Beschränkung auf das spezielle in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass ein Aerosol 10 erzeugt wird, welches einen Gehalt an Flüssigkeit aufweist, der höher ist, als der Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit im Trägergas 15 bei der Temperatur des Aerosols 10. Da die Temperatur des Trägergases an der Wandung 6 des heißen Gefäßes 4 erhöht wird, steigt auch der Sättigungsdampfdruck entsprechend, so dass das Gas die freiwerdende große Dampfmenge aufnehmen kann. Das Trägergas kann also sehr hoch mit Wasser als bevorzugter wasserstoffhaltiger Flüssigkeit beladen werden, weil der Vorgang physikalisch nicht an den Wasserdampfdruck gebunden ist. Hierdurch kann umgekehrt auch die Trägergasmenge sehr gering gehalten werden. Wasserdampf entsteht also tatsächlich erst in Nähe des Gefäßes 4, die Verdampfungswärme liefert das Glas und/oder die Glasbeheizung.
Da die Verdampfungswärme von Gefäß 4 selbst aufgebracht wird, kann das erfindungsgemäße Begasungssystem auch zum Kühlen verwendet werden. Eine Kühlung kann gezielt eingesetzt werden, um beispielsweise eine Abkühlung des Glases von Läutertemperatur (z.B. 1600°C) bis auf Formgebungstemperatur (z.B. 1350°C)) zu erreichen.
Allgemein, ohne Beschränkung auf das in 1 dargestellte Beispiel ist daher gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Glasschmelze 2 mit dem Aerosol 10 gekühlt wird, um die Glasschmelze von einer höheren auf eine niedrigere Temperatur zu bringen.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Glasschmelze 2 mittels eines erfindungsgemäß mit einem Aerosol 10 beaufschlagten Gefäßes 4 von der Läuterwanne 7 zu einer Heißformgebungsvorrichtung 19 transportiert und dabei auch wie vorstehend beschrieben durch Absenken der Temperatur konditioniert. In der Heißformgebungsvorrichtung 19 werden dann aus der Glasschmelze 2 ein oder mehrere Glasteile 1 geformt. Beispielsweise kann die Heißformgebungsvorrichtung 19 eine Downdraw- oder Float-Vorrichtung sein, mittels welcher ein Glasteil 1 in Form eines kontinuierlichen Glasbands hergestellt wird.
Trotz der hohen Menge an mit dem Trägergas transportierter Flüssigkeit hält sich ein Niederschlag an den Wandungen der Zuleitung in Grenzen oder wird sogar praktisch gänzlich vermieden. Eine Kondensation von Wasser in den Zuleitungen, wie sie bei dem Transport von Dampf zu beobachten ist, kann deshalb nicht auftreten, da die Flüssigkeit, insbesondere das Wasser als Nebel vorliegt und nicht verdampft ist. Ohne Vorhandensein von Dampf ist aber auch keine Kondensation möglich.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines für die Erfindung geeigneten Aerosolerzeugers. Prinzipiell sind verschiedene Arten der Aerosolerzeugung, wie etwa das Zerstäuben einer Flüssigkeit, insbesondere in einer Düse oder die Kondensation eines in einem Trägergas gelösten Dampfes möglich. Hinsichtlich der Regelbarkeit des Prozesses und für einen einfachen und robusten Aufbau ist es aber besonders von Vorteil, wenn der Aerosolerzeuger 22 das Aerosol 10 durch Ultraschallzerstäuben erzeugt. Auch das in 2 gezeigte Beispiel ist gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein Ultraschallzerstäuber.
Allgemein kann das Begasungssystem über die Ultraschalleistung und die Ultraschallfrequenz technisch sinnvoll gesteuert werden. Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung ohne Beschränkung auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele eine Steuereinrichtung 30 vorgesehen, welche die Ultraschallleistung und die Ultraschallleistung eines Ultraschallgenerators 228 des Zerstäubers einstellt.
Bei einem typischen Aufbau eines Ultraschallzerstäubers ist ein Flüssigkeitsreservoir 220 zur Aufnahme einer zu zerstäubenden Flüssigkeit 14 vorgesehen. Ein Ultraschallgenerator 228 ist am Flüssigkeitsreservoir 220 befestigt und überträgt mittels einer Sonotrode 229 die erzeugten Ultraschallschwingungen auf die Flüssigkeit. Die Schwingungen führen an der Flüssigkeitsoberfläche zu einer Abtrennung kleiner Flüssigkeitströpfchen 12, die sich mit dem umgebenden Gas mischen und so ein Aerosol 10 bilden. In bevorzugter Ausführungsform ist eine Trägergas-Zuleitung 222 vorgesehen, mit welcher in das Flüssigkeitsreservior ein Trägergas 15 eingeführt wird, so dass ein Gasstrom erzeugt wird, in dem die Flüssigkeitströpfchen 12 mit fortgetragen werden. Auch der Fluss des Gasstroms des Trägergases 15 kann mittels der Steuereinrichtung 30 gemäß einer Weiterbildung eingestellt werden.
Um den Flüssigkeitspegel regeln zu können, kann der Aerosolerzeuger 22 eine Flüssigkeitszufuhr 224 aufweisen. Insbesondere kann ein Regelkreis mit einem oder mehreren Füllstandssensoren 225, 226 vorgesehen sein. Die Steuereinrichtung 30 kann dann abhängig vom mittels der Füllstandssensoren 225, 226 erfassten Füllstand mittels der Flüssigkeitszufuhr 224 Flüssigkeit einführen, um den Pegel konstant zu halten. Als Füllstandssensoren 225, 226 eignen sich beispielsweise kapazitative Sensoren.
Die erzeugte Aerosolmenge kann in einem Ultraschallzerstäuber in einfacher Weise durch die Ultraschall-Leistung eingestellt werden. Die Tröpfchengröße kann hingegen durch die Ultraschallfrequenz beeinflusst werden. Eine höhere Frequenz führt dabei zu einem kleineren mittleren Tröpfchendurchmesser.
So werden bei einer Frequenz von 30kHz Wassertropfen mit einem mittleren Durchmesser von 90µm erhalten. Mit diesen großen Tropfen wird zwar eine große Flüssigkeitsmenge transportiert, allerdings setzen sich diese Tropfen dann auch schnell ab. Bei einer Frequenz von 60 kHz beträgt die Tropfengröße hingegen nur noch 30 - 60 µm. Bei 100 kHz liegt die mittlere Tropfengröße nur noch bei 20 µm.
Bei 1MHz wurde eine Tröpfchengröße von 5 µm bis 7 µm ermittelt. Eine solche Tröpfchengröße eignet sich gut, um das Aerosol auch über längere Strecken ohne erheblichen Niederschlag an den Wänden zu transportieren. Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Aerosol im Ultraschallzerstäuber mit Ultraschall einer Frequenz von mindestens 1 MHz zerstäubt.
So wurde gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer Frequenz von 1,6 MHz eine mittlere Tropfengröße von 3 µm erreicht.
Kleine Tropfen, insbesondere mit Durchmessern kleiner als 10 µm, die bei einer Frequenz von 1 MHz und mehr erzeugt werden, können leicht in unbeheizten Schläuchen oder Kanälen geleitet werden, ohne dass sich erhebliche Flüssigkeitsmengen an den Leitungswänden niederschlagen.
Die Flüssigkeit 14 muss zur Erzeugung des Aerosols 10 nicht erwärmt werden. Allgemein ist es bevorzugt, dass das Aerosol 10 bei einer Temperatur von unter 100 °C erzeugt und zur Gefäßwandung transportiert wird. Dies ist auch günstig, um einen Kühleffekt zu vergrößern, etwa wenn wie oben beschrieben die Glasschmelze nach dem Verlassen der Läuterwanne auf eine gewünschte Temperatur abgesenkt werden soll.
Werden größere Aerosolmengen benötigt, ist es zweckmäßig, gegebenenfalls mehrere Ultraschallgeneratoren 228 vorzusehen, um eine höhere Ultraschall-Leistung bereitstellen zu können. Ein einfacher und kompakter Aufbau kann in diesem Fall erzielt werden, indem ein Aerosolerzeuger 22 mit mehreren parallel betreibbaren Ultraschallgeneratoren 228 vorgesehen wird, welche den Ultraschall in ein gemeinsames Flüssigkeitsreservoir 220 übertragen. Ein Beispiel hierzu zeigt 3. Ähnlich zu dem in 2 gezeigten Beispiel ist ein Flüssigkeitsreservoir 220 mit einer Trägergas-Zuleitung und einer Flüssigkeitszufuhr 224 vorgesehen. Allerdings sind mehrere nebeneinander angeordnete Ultraschallgeneratoren 228 vorgesehen, die hier an eine gemeinsame Spannungsversorgungsleitung 231 angeschlossen sind. Jeder Ultraschallgenerator 228 ist mit einer Sonotrode 229 ausgestattet, die den Ultraschall an die Flüssigkeit 14 im gemeinsamen Flüssigkeitsreservoir 220 abgibt. Je nach Aufbau können mehrere Aerosol-Ableitungen 230 vorgesehen werden, um das erzeugte Aerosol zum Edelmetall-Gefäß abzugeben. Alternativ kann auch eine gemeinsame Ableitung für mehrere Ultraschallgeneratoren 228 vorgesehen sein. Desweiteren können auf diese Weise auch mehrere Edelmetall-Gefäße mit nur einem Aerosol-Erzeuger versorgt werden.
4 zeigt noch ein weiteres Beispiel eines Aerosolerzeugers 22 mit einem Ultraschallzerstäuber. Das Prinzip dieses Aerosolerzeugers 22 basiert darauf, dass die Sonotrode von der zu zerstäubenden Flüssigkeit und dem Trägergas umströmt wird. Auf diese Weise kann in der Umgebung der Sonotrode 228 auch ein verhältnismäßig starker Gasstrom erzeugt werden, welcher die Aerosoltröpfchen 12 schnell abtransportieren und zum Edelmetall-Gefäß befördern kann. Dazu kann auch eine Düse 232 am Ultraschallzerstäuber vorgesehen sein, durch welche das Aerosol 10 ausströmt.
Der Aerosolerzeuger 22 kann, wie auch in 4 dargestellt, direkt in eine Ummantelung 262 um das Edelmetall-Gefäß eingesetzt werden, so dass das Aerosol 10 durch die Düse auf die Wandung des Gefäßes geblasen wird. Die erforderlichen Anschlüsse, im dargestellten Beispiel die Trägergas-Zuleitung 222, die Flüssigkeitszufuhr 224 und die Spannungsversorgung 231 können wie im dargestellten Beispiel über einen rückseitigen Flansch des Aerosolerzeugers 22 angeschlossen werden.
5 zeigt ein weiteres Beispiel einer von der Flüssigkeit 14 und dem Trägergas umströmten Sonotrode 229. Dieses Beispiel basiert ohne Beschränkung auf die spezielle Ausgestaltung der Abbildung darauf, dass die Flüssigkeit 14 an der länglichen, beispielsweise stabförmigen Sonotrode 229 herunterläuft während der Gasstrom des Trägergases die Sonotrode 229 umströmt. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, da auf diese Weise ein sehr dünner, sich im Betrieb aber dennoch aufrechterhaltender Flüssigkeitsfilm auf der Sonotroden-Oberfläche erhalten werden kann. Um den Flüssigkeitsfilm zu erzeugen, kann eine Flüssigkeitsdosierungseinrichtung 233 vorgesehen sein. Bei dem dargestellten Beispiel sind der Ultraschallgenerator 228 und die Flüssigkeitsdosierungseinrichtung 233 in einer gemeinsamen Einheit untergebracht.
Dies führt zusammen mit dem Abtransport der Flüssigkeitströpfchen 12 mit dem an der Sonotrode 229 entlangströmenden Trägergas zu einer hohen Effektivität.
Allgemein, ohne Beschränkung auf das spezielle in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel ist also in Weiterbildung der Erfindung ein Ultraschallzerstäuber vorgesehen, welcher eine Sonotrode 229 und eine Flüssigkeitsdosierungs-Einrichtung 233 aufweist, die dazu ausgebildet ist, einen durch die Schwerkraft auf der Oberfläche der Sonotrode 229 abwärts laufenden Flüssigkeitsfilm der zu zerstäubenden Flüssigkeit 14 zu erzeugen. Außerdem ist vorzugsweise eine Zuführeinrichtung für ein Trägergas vorgesehen, derart, dass das Trägergas den Flüssigkeitsfilm überstreicht. Bei der dargestellten Ausführungsform ist dazu eine einseitig geschlosssene rohr- oder becherförmige Ummantelung 234 vorgesehen, an deren geschlossenem Ende das Trägergas mittels der Zuleitung 222 zugeführt wird, so dass dieses zur Öffnung der Ummantelung in im wesentlichen axialer Richtung der Sonotrode 229.
Alternativ kann auch ein anderer Zerstäuber eingesetzt werden. Geeignet ist dabei besonders auch ein Rotations-, beziehungsweise Fliehkraftzerstäuber oder ein Zerstäuber, der das Aerosol 10 durch Zerstäuben einer Flüssigkeit mittels eines unter Druck stehenden Gases erzeugt. Fliehkraftzerstäuber zeichnen sich wie Druckluftzerstäuber durch hohe Durchsätze aus. Ebenso kann auch mit diesen Zerstäubern der Tröpfchendurchmesser beeinflusst werden.
Anhand der 6 bis 9 werden Ausführungsbeispiele von schmelzeführenden Gefäßen 4 beschrieben, an welchen Einrichtungen vorhanden sind, um die Wandung 6 des Gefäßes 4 wie erfindungsgemäß vorgesehen mit einem Aerosol zu beaufschlagen. Die Wandung 6 kann aus Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung bestehen, desweiteren kann die Wandung 6 auch ein Feuerfestmaterial und eine innenliegende, der Glasschmelze zugewandte dünnen Edelmetallwand umfassen. Die Edelmetallwand kann wiederum aus dünnem Blech gefertigt sein oder eine Edelmetall-Spritzschicht umfassen.
6 zeigt ein Gefäß 4 in Gestalt eines Rohres im Querschnitt. Das Rohr ist aus Edelmetall, vorzugsweise Platin oder einer Platinlegierung gefertigt. Das rohrförmige Gefäß 4 wird von einer Ummantelung, beispielsweise aus Feuerfest-Material, wie etwa schlickergegossener SiO₂-Keramik oder Schamotte.
Das Gefäß 4 wird durch Abstandhalter 28 auf Abstand zur Innenwandung eines in der Ummantelung 262 vorhandenen Hohlraums gehalten, so dass ein die Wandung 6 des Gefäßes 4 umgebender Zwischenraum 31 gebildet wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aerosol 10 durch Kanäle mit mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass um das Gefäß 4 herum geführt wird. Diese Ausführungsform ist auch bei dem Beispiel der 6 realisiert. Im Speziellen sind in der Ummantelung 262 Kanäle vorhanden, welche in den Zwischenraum 31 münden und zur Außenseite der Ummantelung 262 führen. Einer der Kanäle ist dabei ein Aerosol-Zufuhrkanal 33, der andere abgebildete Kanal ein Aerosol-Abfuhrkanal 34. Im Betrieb strömt demgemäß das Aerosol 10 durch den Aerosol-Zufuhrkanal 33 in den Zwischenraum 31, umströmt die Wandung 6 des Gefäßes 4 und wird dann durch den Aerosol-Abfuhrkanal 34 wieder abgeführt. Durch die Erwärmung im Zwischenraum werden im Allgemeinen bis zum Verlassen des Zwischenraumes allerdings die Flüssigkeitstropfen vollständig verdampft sein, so dass im Abführkanal strenggenommen kein Aerosol mehr vorliegt. Jedenfalls heben die Tröpfchen des Aerosols im Zwischenraum beim Verdampfen den Wasserstoff-Partialdruck an der Außenseite der Wandung 6 an, so dass die Entstehung von Sauerstoff-Blasen in der Schmelze aufgrund von in der Schmelze enthaltenem Wasser und Diffusion von durch Zersetzung des Wassers gebildeten Wasserstoff durch das Edelmetall hindurch mindestens teilweise unterdrückt wird.
Beiden Ausführungsbeispielen gemeinsam ist, dass die Zufuhr und Abfuhr des Aerosols exzentrisch erfolgt. Sowohl der Aerosol-Zufuhrkanal 33, als auch der Aerosol-Abfuhrkanal 34 sind seitlich zu einer von der Mittenachse des rohrförmigen Gefäßes 4 ausgehenden radialen Richtung versetzt. Dieser Versatz ist derart, dass das Aerosol beim Durchströmen des Zwischenraumes eine Rotation um das Gefäß herum aufgeprägt bekommt. Dies ist günstig, um die Verweilzeit des wasserstoffhaltigen Bestandteils des Aerosols im Bereich der Wandung 6 zu verlängern und das Aerosol besser entlang der Oberfläche der Wandung 6 zu verteilen.
Für eine wirksame Reduzierung der Blasenbildung hat es sich allgemein als günstig erwiesen, wenn dem Gefäß 4 eine Menge von 0,1 bis 10 Liter Aerosol pro Minute und pro Quadratmeter der mit der Glasschmelze 2 in Kontakt stehenden Wandung 6 zugeführt wird.
7 zeigt eine Variante des in 6 dargestellten Ausführungsbeispiels. Bei dieser Variante ist die äußere Form des Querschnitts des rohrförmigen Gefäßes 4 eckig, während die Außenwandung des Rohrs gemäß 6 einen runden Querschnitt aufweist. 8 zeigt einen in axialer Richtung geschnittenen Querschnitt der Anordnung von Gefäß 4 und Ummantelung 262. Bei dieser Ausführungsform münden die beiden Kanäle 33, 34 in axialer Richtung gegenüberliegend in den Zwischenraum 31. Bei dem Ausführungsbeispiel der 9 sind die Kanäle 33, 34 axial zueinander versetzt. In Verbindung mit der Rotation durch die seitlich zur radialen Richtung versetzt verlaufenden Kanäle 33, 34 wird dabei eine besonders vorteilhafte helix-, oder spiralförmige Strömung des Aerosols um die Wandung herum bewirkt. Allgemein, ohne Beschränkung auf die dargestellten Beispiele ist daher in Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass das Aerosol in einer rotierenden Strömung, vorzugsweise einer helixförmigen Strömung um das Gefäß 4 herum geführt wird.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die in den Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche abgewandelt werden kann. So ist in den dargestellten Beispielen die komplette Wandung des schmelzeführenden Gefäßes aus Edelmetall, vorzugsweise Platin oder einer Platinlegierung gefertigt. Es ist aber durchaus möglich, dass auch nur ein Teil der Wandung durch ein Edelmetall gebildet wird. Auch muss nicht zwangsläufig die gesamte Oberfläche der Wandung 6 mit dem Aerosol beaufschlagt werden.
Bezugszeichenliste

1: Glasteil
2: Glasschmelze
3: Einschmelzwanne
4: Gefäß
4 6: Wandung von
7: Läuterwanne
8: Edelmetall
10: Aerosol
12: Tröpfchen
14: Flüssigkeit
15: Trägergas
18: Vorrichtung zur Herstellung von Glasteilen
19: Heißformgebungsvorrichtung
20: Heizeinrichtung
22: Aerosolerzeuger
26: Zuführeinrichtung
28: Abstandhalter
30: Steuereinrichtung
31: Zwischenraum
33: Aerosol-Zufuhrkanal
34: Aerosol-Abfuhrkanal
6 60: Außenseite von
220: Flüssigkeitsreservoir
222: Trägergas-Zuleitung
224: Flüssigkeitszufuhr
225, 226: Füllstandssensoren
228: Ultraschallgenerator
229: Sonotrode
230: Aerosol-Ableitung
231: Spannungsversorgungsleitung
232: Düse
233: Flüssigkeitsdosierungs-Einrichtung
234: Ummantelung
260: Ventilator
261: Rohrleitung
262: Ummantelung

Claims

Verfahren zur Behandlung von Glasschmelzen, bei welchem eine Glasschmelze (2) erzeugt und zumindest teilweise in einem Gefäß (4) gelagert oder geführt wird, dessen mit der Glasschmelze (2) in Kontakt stehende Wandung (6) mindestens teilweise durch ein Edelmetall (8) gebildet wird, wobei ein Aerosol (10) mit Tröpfchen (12) einer Wasserstoff in gebundener Form enthaltenden Flüssigkeit (14), insbesondere Wassertröpfchen in einem Trägergas (15) erzeugt und die Wandung (6), insbesondere deren Außenseite (60) mit dem Aerosol (10) beaufschlagt wird, so dass die Tröpfchen (12) verdampfen und den Wasserstoff-Partialdruck an der Außenseite (60) der Wandung (6) anheben, um die Entstehung von Sauerstoff-Blasen in der Schmelze aufgrund von in der Schmelze enthaltenem Wasser und Diffusion von durch Zersetzung des Wassers gebildeten Wasserstoff durch das Edelmetall hindurch zu verringern oder vollständig zu unterdrücken, wobei ein Aerosol (10) mit einer mittleren Tröpfchengröße von kleiner als 50 µm erzeugt wird.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol (10) durch Zerstäuben einer Flüssigkeit (14) erzeugt wird.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol (10) durch Ultraschallzerstäuben hergestellt wird.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol (10) im Ultraschallzerstäuber mit Ultraschall einer Frequenz von mindestens 1 MHz zerstäubt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol (10) durch Rotations- oder Fliehkraftzerstäubung hergestellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aerosol (10) erzeugt wird, welches einen Gehalt an Flüssigkeit (14) aufweist, der höher ist, als der Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit im Trägergas bei der Temperatur des Aerosols (10) entsprechende.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasschmelze (2) mit dem Aerosol (10) gekühlt wird, um die Glasschmelze von einer höheren auf eine niedrigere Temperatur zu bringen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aerosol (10) mit einer mittleren Tröpfchengröße von kleiner als 10 µm erzeugt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol (10) mit einer Temperatur von kleiner als 100 °C erzeugt und dem Gefäß (4) zugeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gefäß (4) eine Menge von 0,1 bis 10 Liter Aerosol pro Minute und pro Quadratmeter der mit der Glasschmelze (2) in Kontakt stehenden Wandung (6) zugeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluss des Aerosols mit einem Mengen- oder Durchflussmesser erfasst und auf einen vorgesehenen Wert eingeregelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol (10) durch Kanäle mit mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass um das Gefäß (4) herum geführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol (10) in einer rotierenden Strömung, vorzugsweise einer helixförmigen Strömung um das Gefäß (4) herum geführt wird.
Vorrichtung (18) zur Behandlung von Glasschmelzen, umfassend ein Gefäß (4) zur Aufnahme der Glasschmelze und eine Heizeinrichtung (20) zur Beheizung der Glasschmelze (2), wobei die Wandung (6) des Gefäßes (4), welche in Kontakt mit der Glasschmelze (2) steht, mindestens teilweise durch ein Edelmetall (8) gebildet wird, und wobei die Vorrichtung (18) weiterhin einen Aerosolerzeuger (22) umfasst, welcher eingerichtet ist, ein Aerosol (10) mit einem Trägergas (15) und darin schwebenden Tröpfchen (12) einer Wasserstoff enthaltenden Flüssigkeit zu erzeugen, sowie eine Einrichtung (26), um das erzeugte Aerosol (10) der Außenseite (60) der Wandung (6) zuzuführen, so dass die Tröpfchen (12) verdampfen und den Wasserstoff-Partialdruck an der Außenseite (60) der Wandung (6) anheben, um die Entstehung von Sauerstoff-Blasen in der Schmelze aufgrund von in der Schmelze enthaltenem Wasser und Diffusion von durch Zersetzung des Wassers gebildeten Wasserstoff durch das Edelmetall hindurch zu verringern oder vollständig zu unterdrücken, wobei der Aerosolerzeuger (22) einen Ultraschallzerstäuber umfasst und wobei der Ultraschallzerstäuber eine Sonotrode (229) umfasst, welche von der zu zerstäubenden Flüssigkeit (14) und dem Trägergas umströmt wird.
Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Aerosolerzeuger (22) einen Rotations- oder Fliehkraftzerstäuber umfasst.
Vorrichtung gemäß dem Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Aerosolerzeuger (22) das Aerosol (10) durch Zerstäuben einer Flüssigkeit mittels eines unter Druck stehenden Gases erzeugt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (30), welche die Ultraschallleistung und die Ultraschallleistung des Ultraschallzerstäubers regelt.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß (4) eine Wandung (6) aus Platin oder einer Platin-Legierung umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aerosolerzeuger (22) mehrere parallel betreibbare Ultraschallgeneratoren (228) umfasst, welche den Ultraschall in ein gemeinsames Flüssigkeitsreservoir (220) übertragen.