DE102020123655A1

DE102020123655A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten von Glasschmelzen mit metallischen Schmelzkontakt-Bauteilen

Info

Publication number: DE102020123655A1
Application number: DE102020123655.7A
Authority: DE
Inventors: Holger Hunnius; Wolfgang Münch; Gregor Rösel
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2022-03-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten von Glasschmelzen mit metallischen Schmelzkontakt-Bauteilen. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Schmelzkontakt-Bauteile sowie derartige Schmelzkontakt-Bauteile.Hierzu wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Glasschmelze mit einem metallischen Schmelzkontakt-Bauteil zur Verfügung gestellt, wobei das Schmelzkontakt-Bauteil zumindest ein Formteil, ein Tragelement und ein Fixierelement umfasst und wobei das Formteil mit dem Tragelement verbunden ist. Das Formteil umfasst hierzu zumindest eine Fixiernase, welche in eine Öffnung des Tragelements eingreift. Das Formteil wird in montierter Position durch zumindest teilweises Hintergreifen der Fixiernase mit einem Fixierabschnitt des Fixierelements gehaltert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten von Glasschmelzen mit metallischen Schmelzkontakt-Bauteilen. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Schmelzkontakt-Bauteile sowie derartige Schmelzkontakt-Bauteile.
Zum Bearbeiten von Glasschmelzen kommen in vielerlei Weise Schmelzkontakt-Bauteile zum Einsatz. Mit Schmelzkontakt-Bauteilen sind dabei Bauteile gemeint, welche im regulären Betrieb mit schmelzflüssigem Material, etwa Glasschmelzen, in direkten Kontakt kommen. Bei derartigen Bauteilen, z.B. Leitkörper oder Rührer, sind unterschiedliche Bauarten möglich.
So sind beispielsweise feuerfeste keramische Schmelzkontakt-Bauteile bekannt, welche sich durch eine gute mechanische Stabilität auszeichnen, aber letztendlich nicht korrosionsstabil und somit auf Dauer nicht formstabil sind. Zudem lassen sich kaum filigrane Strukturen erzeugen.
Daneben sind metallische Schmelzkontakt-Bauteile in bzw. an Einbauten und Geräten für die Glasschmelze und die Formgebung von Glas bekannt. Vorteile bieten beispielsweise metallische Bauteile auf der Basis von Refraktärmetallen wie Wolfram oder Molybdän aufgrund der ebenfalls sehr hohen mechanischen Stabilität und einer hohen Festigkeit bei gleichzeitig höherer Korrosionsbeständigkeit.
Von Vorteil sind insbesondere auch Bauteile, welche vollständig oder im Wesentlichen aus Edelmetallen bestehen. Insbesondere Bauteile auf der Basis von EdelmetallLegierungen bieten große Vorteile, da sie über eine sehr hohe mechanische Stabilität verfügen und keinem oder nur geringem Verschleiß unterliegen sowie nur geringen Wechselwirkungen mit der Glasschmelze. Edelmetall-Rührer sind aus der DE 10 2013 204 451 A1 der Anmelderin bekannt.
Weitere metallische Schmelzkontakt-Bauteile können beispielsweise auch Leitkörper sein, wie sie zur Herstellung eines Glasbands aus einer Glasschmelze im Down-Draw-Verfahren verwendet werden. Derartige Leitkörper sind beispielsweise in der DE 10 2019 120 065.2 der Anmelderin genannt.
Treten im Betrieb hohe mechanische Belastungen, etwa Zugkräfte, hinzu, welche auf die metallischen Schmelzkontakt-Bauteile einwirken, so kann es durch Kriechen zu unerwünschten Verformungen der Bauteile kommen.
Abhilfe können hier besonders feste metallische Schmelzkontakt-Bauteile auf der Basis von Edelmetalllegierungen darstellen, welche dispersionsverfestigt bzw. feinkornstabilisiert sind. Derartige feinkornstabilisierte Edelmetall-Werkstoffe sind besonders gut geeignet für hochtemperaturbelastete Bauteile, welche auch gewissen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Diese Werkstoffe bestehen dabei im Wesentlichen aus einem metallischen Grundwerkstoff, in welchen hoch stabile Oxide wie beispielsweise Yttriumoxid oder Zirkonoxid im Nanometerbereich feinst verteilt eingebaut werden. Dadurch besitzt das Material selbst bei sehr hohen Temperaturen nicht die Möglichkeit zu diffundieren, bzw. unter Umständen wird auch verhindert, Korngrenzen zu thermodynamisch energetisch niedrigeren Zuständen wandern zu lassen. Die Dispersoide können ein Korngleiten behindern, wodurch das dispersionsverfestigte Material einen höheren Widerstand gegen Verformungen aufweist. Insbesondere das Hochtemperaturkriechen kann hierbei stark verringert werden.
Allerdings unterliegen diese Werkstoffe fertigungstechnischen Einschränkungen, da sie mit steigendem Anteil an oxidischen Dispersoiden sehr schlecht bzw. überhaupt nicht schweißbar oder nur schwer formbar sind.
Hauptgrund hierfür ist, dass bei einem Verschweißen dieser oxid-dispersionsverfestigten Edelmetalllegierungen das feinkörnige Gefüge der Legierung im Schweißnahtbereich gestört wird. Dadurch kann ein grobkörnigeres Gefüge mit größeren oxidischen Agglomeraten entstehen, was zu einem deutlichen Festigkeitsabfall im Schweißnahtbereich führen kann. Ferner besteht im Schweißnahtbereich und der Wärmeeinflusszone eine Neigung zu Sprödrissen. Bei im Betrieb auftretenden mechanischen Belastungen kann es daher zu Schäden an derartigen metallischen Schmelzkontakt-Bauteilen kommen, was die Standzeit der Bauteile deutlich verringern kann.
Die Herstellbarkeit derartiger metallischer Schmelzkontakt-Bauteile ist demnach deutlich erschwert und häufig sehr kostenintensiv. Dadurch ist es auch kaum möglich, komplexere Bauteile, welche beispielsweise aus einzelnen Elementen oder Halbzeugen zusammengesetzt werden müssen, herzustellen. Erschwerend kommt hinzu, dass häufig gerade in denjenigen Bereichen, an welchen die Elemente miteinander verbunden werden, große Belastungen auftreten können, so dass Störungen im Legierungsgefüge gerade an diesen Stellen später im Betrieb zu großen Problemen oder zumindest deutlich kürzeren Standzeiten führen können. Besondere Gefahr geht von einem Spontanversagen durch Sprödbruch bei Belastung der beschriebenen Fügestellen aus.
Gesucht ist demnach ein Verfahren, welches die Möglichkeit bietet, auch komplexere Bauteile, welche aus einzelnen Elementen oder Halbzeugen zusammengesetzt sind, aus derartigen Werkstoffen vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellen zu können, ohne dass es zu Einbußen in Bezug auf die mechanische Stabilität der Bauteile und der Festigkeit kommt.
Insbesondere sollen bei der Herstellung der Schmelzkontakt-Bauteile mögliche Gefügeschädigungen minimiert oder bestenfalls ausgeschlossen werden, welche sich ergeben können, wenn Elemente auf der Basis derartiger Werkstoffe, insbesondere auf der Basis von dispersionsverfestigten Edelmetalllegierungen, stoffschlüssig mittels Wärmebehandlung wie Schweißen miteinander verbunden werden.
In diesem Zusammenhang sollen ferner auch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten einer Glasschmelze angegeben werden, bei dem ein derartiges Schmelzkontakt-Bauteil, insbesondere aus oder umfassend dispersionsverfestigte Edelmetalllegierungen, eingesetzt werden kann.
Dieser Aufgabe haben sich die Erfinder angenommen.
Überraschend einfach wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten einer Glasschmelze mit metallischen Schmelzkontakt-Bauteilen nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Gegenstand der Erfindung ist demnach in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Glasschmelze mit einem metallischen Schmelzkontakt-Bauteil, wobei das Schmelzkontakt-Bauteil vorzugsweise zumindest ein Formteil, ein Tragelement und ein Fixierelement umfasst.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Formteil dabei mit dem Tragelement im Wesentlichen oder vorzugsweise allein formschlüssig verbunden. Hierzu kann das Formteil zumindest einen abgeflachten Bereich umfassen, insbesondere eine Außenfläche, welche nachfolgend auch als Kontaktfläche bezeichnet wird, und welche in montierter Position zum Tragelement hinweist und/oder mit dem Tragelement in Kontakt steht. Im Sinne der Erfindung kann das Formteil, vorzugsweise an oder im Bereich dieser Kontaktfläche, zumindest eine Fixiernase umfassen, welche hakenartig gegenüber der Kontaktfläche hervorsteht.
Weiterhin kann das Tragelement zumindest eine Öffnung umfassen, vorzugsweise zu der Fixiernase passgenau gegengleich ausgebildet, welche in montierter Position die Fixiernase aufnehmen kann. In anderen Worten, in montierter Position kann die Fixiernase mit der Öffnung des Tragelements in Eingriff stehen. Bei der Montage kann die Fixiernase durch diese Öffnung hindurch geschoben werden, so dass zwischen Formteil und Tragelement eine im Wesentlichen oder vorzugsweise allein formschlüssige Verbindung geschaffen werden kann.
Ferner kann das Fixierelement zumindest eine Ausnehmung und einen Fixierabschnitt umfassen, wobei Ausnehmung und Fixierabschnitt derart ausgebildet sind, in montierter Position die Fixiernase aufzunehmen und zumindest teilweise zu hintergreifen, um die Fixiernase des Formteiles mit dem Fixierabschnitt des Fixierelements zu haltern.
Auf diese Weise kann das Formelement durch das Einschieben der zumindest einen Fixiernase in das Tragelement bis zu einer vorbestimmten Endlage in die montierte Position gebracht werden und anschließend durch Hintergreifen der Fixiernase durch das Fixierelement festgelegt werden.
Die erste Bewegungsrichtung, bei der Formteil und Tragelement miteinander verbunden werden, wird nachfolgend auch als Montagerichtung A bezeichnet. Die Kontaktfläche des Formteils kann dabei im Allgemeinen eine Art Anschlag bereitstellen, welche das Einschieben der Fixiernase in die Öffnung begrenzt und damit die Endlage definiert.
Das Fixierelement ist günstigerweise auf der dem Formteil gegenüberliegenden Seite des Tragelements angebracht und kann zumindest abschnittsweise die Fixiernase hintergreifen, nachdem diese durch die Öffnung geschoben worden ist. Zum Arretieren ist dabei eine Arretierbewegung des Fixierelements erforderlich, welche nachfolgend auch als Arretierrichtung B bezeichnet wird. Im Allgemeinen steht dabei die Arretierrichtung B senkrecht zu der Montagerichtung A.
Durch das Hintergreifen kann dabei zunächst ein Verkanten der Fixiernase erfolgen, wodurch die Fixiernase in der Position gehaltert wird und womit bereits ein ungewolltes Lösen des Formteils von dem Tragelement verhindert werden kann, da die Fixiernase nicht aus der Öffnung des Tragelements entfernt werden kann.
Des Weiteren kann auch eine Klemmung der Fixiernase durch Anpressen gegen den Fixierabschnitt des Fixierelements erfolgen, wodurch ein ungewolltes Lösen des Formteils von dem Tragelement noch sicherer verhindert werden kann. Hierbei ist aber darauf zu achten, dass die Fixiernase höchstens in einem geringen Umfang verformt wird, da andernfalls die Gefahr eines Auftretens von Rissen entstehen kann.
Dabei kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das Fixierelement erst dann an dem Tragelement angeordnet werden, wenn sich das Formteil in montierter Position befindet und die Fixiernase durch die Öffnung des Tragelements geschoben ist. Es ist aber auch möglich, das Fixierelement schon vorher an dem Tragelement anzubringen und die Fixiernase zuerst durch die Öffnung des Tragelements und sodann durch die Ausnehmung des Fixierelements zu bewegen. Für eine einfache und rasche Montage können hierzu Tragelement und Fixierelement derart zueinander angeordnet sein, dass die Öffnung und die Ausnehmung fluchtend zueinander liegen, so dass die Fixiernase in einem einzigen Arbeitsgang durch die Öffnung und die Ausnehmung geschoben werden kann.
Das Formteil kann dabei beispielsweise stumpf oder auch schräg auf das Tragelement aufgesetzt sein und auf die oben genannte Weise im Wesentlichen oder ausschließlich formschlüssig mit dem Tragelement verbunden werden. Dies bedeutet, dass zwischen Formteil und Tragelement auf ein stoffschlüssiges Verbinden verzichtet werden kann.
Die Erfindung ermöglicht es damit auf überraschend einfache Weise, ein Formteil mit einem Tragelement zu verbinden, um ein metallisches Schmelzkontakt-Bauteil zur Verfügung zu stellen, ohne dass ein Schweißen, insbesondere an den besonders gefährdeten Kontaktflächen zwischen Formteil und Tragelement, erforderlich ist oder wird.
Unbenommen hiervon ist es, dass an anderen Stellen des Schmelzkontakt-Bauteiles, vorzugsweise in geringem Umfang, Schweißpunkte oder -nähte zum Einsatz kommen können, beispielsweise, um das Fixierelement in der arretierten Position festzusetzen. Diese Schweißpunkte können vorteilhaft an Stellen gesetzt werden, welche für den Einsatz unkritisch sind und insbesondere nicht in Kontakt mit schmelzflüssigem Material kommen.
Durch die Erfindung ergeben sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten, insbesondere auch in Bezug auf das Material für das Schmelzkontakt-Bauteil und die Herstellung der einzelnen hierzu benötigten Bauelemente.
So ist es möglich, für das Formteil und/oder das Tragelement und/oder das Fixierelement Werkstoffe zu verwenden, welche zum einen über hervorragende Eigenschaften im Schmelzkontakt verfügen, und welche zum anderen aber auch besondere Anforderungen an das Herstellverfahren stellen bzw. kritisch auf eine Wärmebehandlung reagieren wie zum Beispiel Molybdän oder Wolfram.
Im Sinne der Erfindung können das Formteil und/oder das Tragelement und/oder das Fixierelement jedoch auch oxid-dispersionsverfestigte Werkstoffe umfassen oder darauf basieren, welche deutliche Nachteile bei einer Wärmebehandlung wie dem Schweißen zeigen und demzufolge bisher nicht für filigrane Konstruktionen aus mehreren einzelnen Elementen oder Halbzeugen geeignet waren.
Unter dispersionsverfestigten Werkstoffen sind hierbei metallische Werkstoffe oder Metalle zu verstehen, bei denen durch dispers verteilte Oxide die feine Kornstruktur in dem Metall bzw. in der Metalllegierung stabilisiert und das Material auf diese Weise verfestigt ist. Derartige dispersionsverfestigte Metalle oder Metalllegierungen werden auch als feinkornstabilisierte Metalle oder feinkornstabilisierte Metalllegierungen bezeichnet.
Das feinkornstabilisierte Metall kann dabei bevorzugt als eine Legierung vorliegen, wobei als feinkornstabilisiertes Metall insbesondere Platin und Platinlegierungen, insbesondere Pt, PtRh, PtAu, PtRhAu, PtIr, verwendet werden können. Im Fall von PtRhAu oder PtIr können die Legierungen etwa die nachfolgend genannten prozentualen Anteile aufweisen:

Pt_xRh_yAu_z mit 0%<=x<=100%, 0%<=y<=20%, 0%<=z<=20%,
Pt_uIr_v-Legierungen mit 0%<=u<=100%, 0%<=v<=20%.

Die Erfindung ermöglicht es, metallische Schmelzkontakt-Bauteile zur Verfügung zu stellen, wobei für das Formteil und/oder das Tragelement und/oder das Fixierelement eine Edelmetalllegierung in feinkornstabilisierter Form wie vorstehend beschrieben verwendet werden kann. Diese oxid-dispersionsverfestigten Legierungen mit einer Feinkornstabilisierung sind selbst bei hohen Temperaturen > 1100 °C, besonders bei > 1250°C hochfest und stabil.
Der weitgehende oder vollständige Verzicht auf Wärmebehandlungen im Zuge der Herstellung, etwa Schweißverbindungen zwischen Formteil und Tragelement, bietet eine Reihe von Vorteilen.
So kommt es bei einem im Wesentlichen oder vorzugsweise allein formschlüssigen Verbinden der einzelnen Elemente oder Halbzeuge, insbesondere im Fall von Elementen basierend auf oxid-dispersionsverfestigte Werkstoffen, kaum oder überhaupt nicht zu Schädigungen des dispersionsverfestigten Gefüges durch Schweißpunkte oder - nähte. Die Vorteile dieser Werkstoffe, insbesondere im Hinblick auf einen Schmelzkontakt, bleiben demnach weitgehend oder vorzugsweise vollständig erhalten.
Es können demnach metallische Schmelzkontakt-Bauteile zur Verfügung gestellt werden, umfassend zumindest zwei separat gefertigte Elemente basierend auf oder umfassend feinkornstabilisierte Edelmetalle oder Edelmetalllegierungen, bei denen kein Festigkeitsabfall im Schweißnahtbereich zu erwarten ist und damit auch keine Neigung zu spontanen Sprödrissen. Ebenso ist es möglich, die separat gefertigten Elemente aus unterschiedlichen oben genannten Werkstoffen herzustellen und hierdurch die bestmögliche Materialkombination für das Schmelzkontakt-Bauteil auszuwählen.
Zudem verringert sich durch die formschlüssige Verbindung zwischen Formteil und Tragelement auch die Gefahr eines Verzugs durch die Wärmebehandlung beim Aufbringen der Schweißnaht, also eine unerwünschte Änderung der Geometrie oder der Maße der Werkstücke während der Wärmebehandlung. Hierdurch entfallen weiterhin die andernfalls erforderlichen nachträglichen Rüst- oder auch Fräsarbeiten zur Korrektur.
Gerade in Bezug auf diese sehr kostenintensiven Materialien ist es sehr vorteilhaft, wenn auf spanende Fertigungsverfahren verzichtet werden kann, da hierbei Materialverluste auftreten können.
Damit können in besonders vorteilhafter Weise endkonturnahe Halbzeuge, beispielsweise Bleche als Formteile oder Rohre als Tragelement, für das erfindungsgemäße Schmelzkontakt-Bauteil verwendet werden, und auf die Zerspanung der sehr kostenintensiven Edelmetallwerkstoffe kann verzichtet werden.
Das feinkornstabilisierte Metall kann schmelzmetallurgisch oder pulvermetallurgisch hergestellt werden. Zur Feinkornstabilisierung werden vorzugsweise Nanopartikel verwendet. Ein gut geeignetes Material der Feinkornpartikel ist ZrO₂. Die Feinkorn-Partikel können insbesondere beim Einschmelzen des Metalls oder dem Zusammenschmelzen der Legierung hinzugegeben und in der Schmelze verteilt werden. Generell können feinkornstabilisierte Elemente auch pulvermetallurgisch hergestellt werden. Dazu werden Metallpartikel und die Feinkorn-Partikel gemischt und die Mischung zusammengesintert.
Besonders stabil ist ein metallisches Schmelzkontakt-Bauteil, bei dem Formteil und/oder Trägerelement vollständig aus feinkornstabilisiertem Metall gefertigt sind.
Weitere Vorteile der Erfindung liegen in einer Verbesserung der Standzeit der erfindungsgemäßen Schmelzkontakt-Bauteile, da das ursprüngliche Gefüge nicht geschädigt wird. Damit kann auch die Gefahr von spontanen Ausfällen, etwa infolge eines Sprödbruches, weitgehend ausgeschlossen werden.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass auch während der Herstellung Material eingespart werden kann, da das Material besser ausgenutzt werden kann.
Die Erfindung ermöglicht es weiterhin, Schmelzkontakt-Bauteile in einer Art „Leichtgewichtsstruktur“ zu fertigen und damit das Bauteilgewicht zu senken, sowie auch Materialkosten einzusparen.
Die Verbindung zwischen Formteil und Tragelement kann dabei auch lösbar ausgebildet sein, wobei das Lösen derart erfolgen kann, dass zunächst das Fixierelement entgegen der Arretierrichtung B bewegt wird, bis die Fixiernase nicht mehr von dem Fixierabschnitt hintergriffen wird. Sodann kann das Formteil entgegen der Montagerichtung A bewegt werden, wobei die Fixiernase aus der Öffnung des Tragelements herausgeschoben oder herausgezogen werden kann. Auf diese Weise kann die formschlüssige Verbindung zwischen Formteil und Tragelement wieder gelöst werden. Dies bietet den großen Vorteil, dass einzelne Elemente, beispielsweise das Formteil, ausgetauscht werden können, etwa infolge Verschleißes oder Korrosion, wohingegen andere Elemente, beispielsweise das Tragelement, weiterverwendet werden können.
Auf diese Weise können beispielsweise bei einem als Rührer ausgebildeten Schmelzkontakt-Bauteil einzelne beschädigte Rührflügel ausgetauscht werden, wohingegen andere Rührflügel und/oder die Rührwelle weiterverwendet werden können. Damit ist auch eine rasche und einfache Reparatur eines erfindungsgemäßen metallischen Schmelzkontakt-Bauteils möglich.
In einer günstigen Ausbildung der Erfindung können die Öffnung des Tragelementes und/oder die Ausnehmung des Fixierelements passgenau gegengleich zu der Außenkontur der Fixiernase ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass die Öffnung und/oder die Ausnehmung derart dimensioniert sein können, dass die Fixiernase problemlos mit geringem Spiel eingesteckt und durch die Öffnung und/oder die Ausnehmung geschoben werden kann.
Um einen festen Halt zu erreichen, bietet es sich allerdings an, das Spiel zwischen Fixiernase und Öffnung nicht zu groß zu gestalten, um einen möglichst spielfreien Sitz der Fixiernase in der Öffnung des Tragelements zu erreichen. Die Öffnung und/oder die Ausnehmung können dazu beispielsweise im Fall einer länglichen Ausbildung der Fixiernase entsprechend schlitzartig ausgebildet sein.
Die Fixiernase soll zum einen einen stabilen Sitz des Formteiles in der Öffnung des Tragelements ermöglichen, zum anderen aber auch mittels Verkanten und/oder Klemmen durch das Fixierelement in der montierten Position sicher gehaltert werden können. Von daher bietet es sich an, die Fixiernase allgemein laschen- oder hakenartig auszubilden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Fixierabschnitt des Fixierelements zumindest einen Abschnitt der Fixiernase hintergreifen kann, wenn die Fixiernase in die Öffnung des Tragelements eingesteckt ist bzw. wenn das Formteil seine Endlage relativ zum Tragelement erreicht hat.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Fixiernase dazu einen Schenkel umfassen, welcher über einen Ansatz mit der Kontaktfläche bzw. dem Formteil verbunden ist. Von Vorteil kann die zu der Kontaktfläche hinweisende Abschnitt des Schenkels eine Abflachung aufweisen, welche nachfolgend auch als Klemmfläche bezeichnet wird. Diese Klemmfläche kann durch die Arretierbewegung des Fixierelements mit dem Fixierabschnitt des Fixierelements in Kontakt kommen und das Verkanten bewirken.
Zusätzlich zu dem Verkanten kann auch ein Klemmen erfolgen, indem der Fixierabschnitt des Fixierelements während einer Arretierbewegung des Fixierelementes gegen die Klemmfläche gepresst wird und demzufolge eine Klemmkraft aufgebracht wird, welche die Fixiernase und damit das Formteil gegen ein Herausziehen aus der Öffnung des Tragelements besonders gut sichert. Das Klemmen bietet gegenüber einem Verkanten zudem den Vorteil, dass es gleichermaßen einen Toleranzausgleich zwischen der Fixiernase bzw. dem Formteil und dem Tragelement ermöglicht.
In montierter Position liegt dabei im Allgemeinen die Kontaktfläche des Formteiles an dem Tragelement an, so dass eine Gegenkraft zu der Klemmung mit dem Fixierelement aufgebracht werden kann. Bei einer hinreichend großen Klemmkraft kann das Fixierelement gehemmt werden, eine ungewollte Bewegung entgegen der Arretierrichtung auszuführen, wodurch ein ungewolltes De-Arretieren der Fixiernase und in der Folge ein Lösen des Formteiles von dem Tragelement verhindert werden kann.
Aufgrund der hakenartigen Ausbildung der Fixiernase kann in montierter Position ein Freiraum oder Hohlraum entstehen, welche durch die zur Ausnehmung der Fixiernase weisenden Fläche der Fixiernase und den seitlichen Flächen der Öffnung des Tragelements gebildet wird. Während dieser Freiraum für bestimmte Verwendungen unproblematisch sein kann, kann es für andere Verwendungen, etwa für metallische Schmelzkontakt-Bauteile, ungünstig sein, wenn dieser Freiraum mit schmelzflüssigem Material gefüllt wird, da hierdurch einerseits ungünstige Strömungsverläufe entstehen können, und andererseits schmelzflüssiges Material zu eher kritischen Stellen des Schmelzkontakt-Bauteiles geführt wird, wo es beispielsweise zu Korrosion kommen kann.
Von daher ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Fixiernase einen Dichtabschnitt umfasst, welcher diesen Freiraum abdichten kann. Dieser Dichtabschnitt kann beispielsweise als Verlängerung des Ansatzes parallel zu der Kontaktfläche ausgebildet sein und in montierter Position in die Öffnung des Tragelementes eingreifen. Der Dichtabschnitt und/oder der Ansatz sind daher vorzugsweise an die Dimension der Öffnung des Tragelements angepasst, so dass die Öffnung möglichst spielfrei bzw. mit geringem Spiel verschlossen werden kann, wenn das Formteil montiert ist.
Dies bietet den Vorteil, dass kaum oder gar nicht schmelzflüssiges Material in diesen Freiraum oder Hohlraum eindringen kann. Weiterhin wird die formschlüssige Verbindung zwischen Formteil und Tragelement auf diese Weise unterstützt, da in montierter Position dieser Dichtabschnitt in die Öffnung des Tragelements formschlüssig eingreift und auf diese Weise eine feste Verbindung zwischen Formteil und Tragelement geschaffen werden kann. Ein fester Sitz der Fixiernase in der Öffnung des Tragelements kann zudem das Übertragen und Ableiten von Kräften aufgrund mechanischer Beanspruchungen von Formteil auf Tragelement oder umgekehrt besonders gut unterstützen.
Dabei kann der vordere Bereich, von der Kontaktfläche hinwegweisende Abschnitt des Dichtabschnitts eine Abflachung umfassen, welche nachfolgend auch als Dichtfläche bezeichnet wird. Es ist dabei günstig, wenn der Dichtabschnitt eine Höhe H_D aufweist, welche gleich oder geringer ist als die Dicke des Tragelements im Bereich der Öffnung. Die Höhe H_D meint hierbei den Abstand zwischen der Dichtfläche und der Kontaktfläche in einer Richtung senkrecht zur der Kontaktfläche. Dies führt dazu, dass das Dichtabschnitt nicht gegenüber der Außenfläche des Tragelements auf der dem Formelement gegenüberliegenden Seite hervorsteht, also nicht dicker ist als die Wand des Tragelements, wenn das Fixierelement montiert wird. Ein Hervorstehen könnte zu einem Verkanten des Fixierelements während der Arretierbewegung führen und diese unnötig erschweren oder sogar verhindern.
Der Ansatz, die Klemmfläche und die Dichtfläche definieren demnach eine Ausnehmung der Fixiernase, welche von Vorteil derart bemessen ist, dass der Fixierabschnitt des Fixierelements zumindest teilweise in Arretierrichtung in diese Ausnehmung eingeschoben werden kann, um ein sicheres Hintergreifen der Fixiernase und damit ein stabiles Verkanten und/oder Klemmen sicherzustellen. Um ein sicheres Verkanten zu erreichen und zudem die Kraftübertragung von Formteil auf Tragelement und/oder Fixierelement zu unterstützen, ist es günstig, wenn der Schenkel möglichst vollständig hintergriffen wird.
Um das Klemmen zu unterstützen, kann es vorteilhaft sein, wenn die Klemmfläche des Schenkels gegenüber der Kontaktfläche eine leichte Neigung aufweist. Günstig ist es daher, die Klemmfläche unter einem Winkel α relativ zu der Kontaktfläche auszurichten. Dieser Winkel α kann 0,5° ≤ α ≤ 30° betragen, bevorzugt 1° ≤ α ≤ 20° und besonders bevorzugt 1° ≤ α ≤ 10°. Dies führt dazu, dass bei einem Bewegen des Fixierelements in Arretierrichtung die durch die Klemmung von dem Fixierabschnitt auf die Klemmfläche wirkende Kraft langsam bis zum Erreichen einer gewünschten Klemmkraft aufgebaut werden kann. Ein zu großer Winkel α hingegen kann dazu führen, dass der Schenkel an seiner Stirnseite zu dünn wird, was, gerade im Hinblick auf mechanische Belastungen, zu einem Abreißen des Schenkels und damit zu einem ungewollten Lösen des Formteiles von dem Tragelement führen könnte. Es ist selbstverständlich auch möglich, ergänzend oder zusätzlich den Fixierabschnitt des Fixierelements mit einer ähnlichen leichten Neigung auszubilden, um die Klemmkraft aufzubringen.
Um das Einschieben des Fixierabschnittes in die Ausnehmung noch weiter zu vereinfachen, kann entlang einer Vorderkante, welche zwischen der Klemmfläche und der den Schenkel abschließenden Stirnfläche gebildet wird, zusätzlich ein kleiner Radius, vorzugsweise mit einem Radius R zwischen 0,5 und 5 mm, oder eine Fase vorgesehen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist demnach die Klemmfläche leicht geneigt gegenüber der Kontaktfläche. Dabei kann sie zu der Kontaktfläche bzw. Dichtfläche einen Abstand aufweisen, welcher derart bemessen ist, dass der Fixierabschnitt des Fixierelements in die Ausnehmung während der Arretierbewegung eingeschoben werden kann und erst ab einem bestimmten Punkt, beispielsweise etwa ab der Hälfte der zum Hintergreifen zur Verfügung stehenden Strecke, dann bei einem weiteren Einschieben in Arretierrichtung die Klemmkraft aufgebracht wird. Es versteht sich, dass das Einbringen des Fixierelements zum Klemmen der Fixiernase mit einem gewissen Kraftaufwand verbunden sein kann, um eine hinreichend große Klemmkraft aufzubringen.
Um das Einstecken der Fixiernase in die Öffnung zu erleichtern, kann ferner vorgesehen sein, dass die Ausdehnung der Fixiernase in einer Richtung parallel zur Kontaktfläche im Bereich des Schenkels geringer ist als im Bereich des Dichtabschnitts.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Fixiernase zumindest über eine Lastaufnahme verfügen. Diese ermöglicht es, größere Kräfte zu übertragen, etwa, wenn das Formteil einer größeren Zugkraft ausgesetzt ist, welche von dem Tragelement hinwegführt. Um diese Zugkräfte besser von dem Formteil auf die Fixiernase zu übertragen, kann es günstig sein, zwischen dem Ansatz und dem Schenkel eine Materialverstärkung vorzusehen, welche hilft, Zugkräfte von dem Ansatz besser auf den Schenkel zu leiten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist daher auch vorgesehen, entlang der Kontaktfläche hinreichend viele Fixiernasen vorzusehen, welche mit dem Tragelement im Eingriff stehen, um bereits auf diese Weise eine gute Kraftübertragung von dem Formelement auf das Tragelement zu erwirken.
Abhängig von dem im Einsatz wirkenden Kräften kann es daher günstig sein, in regelmäßigen Abständen Fixiernasen vorzusehen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind daher pro 10 cm Länge der Kontaktfläche zumindest eine Fixiernase, bevorzugt zumindest zwei Fixiernasen oder auch mehr als zwei Fixiernasen vorgesehen.
Die Kraftübertragung von dem Formteil auf das Tragelement kann weiterhin begünstigt werden, wenn Formteil und Fixiernase aus einem einzigen Werkstück bzw. Halbzeug gefertigt sind. Das Formteil mit der zumindest einen Fixiernase ist demnach vorzugsweise einstückig bzw. monolithisch hergestellt. Dies kann, gerade wenn die oben genannten Werkstoffe verwendet werden, besonders vorteilhaft spanlos beispielsweise mittels Stanzen und/oder Schneiden erfolgen.
Mit auf diesen Werkstoffen basierenden Elementen bzw. Halbzeugen ist es, ohne Beschränkung auf die vorgenannten speziellen Werkstoffe und Legierungen, möglich, Schmelzkontakt-Bauteile zur Verfügung zu stellen, beispielsweise ausgebildet als Leitkörper, welche ein Ziehen von Glasbändern aus Gläsern mit Formgebungstemperaturen auch oberhalb von 1100 °C ermöglichen. Als Formgebungstemperatur wird dabei eine Temperatur bezeichnet, bei der das Glas eine Viskosität von 10⁴ dPa • s aufweist. Selbstverständlich ist es möglich, Schmelzkontakt-Bauteile zur Verfügung zu stellen, welche bei geringeren Temperaturen eingesetzt werden können, beispielsweise bei Temperaturen, bei denen das Glas eine Viskosität ab etwa 2.000 dPa • s aufweist. Für einen derartigen Leitkörper können das Formteil als Schwertblatt und das Tragelement als Schwertträger ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung demnach auch eine Vorrichtung, welche ausgebildet ist zur Herstellung eines Glasbands aus einer Glasschmelze. Diese kann einen Ziehtank zur Aufnahme einer Glasschmelze umfassen, welcher eine untere Düsenöffnung aufweist, durch welche die Glasschmelze nach unten austreten kann, wobei ein als Leitkörper ausgebildetes Schmelzkontakt-Bauteil aus der Düsenöffnung des Ziehtanks nach unten herausragt. Das als Leitkörper ausgebildete Schmelzkontakt-Bauteil ist dabei zu den Rändern der Düsenöffnung beabstandet gehaltert, so dass zwischen dem Leitkörper und den Rändern der Düsenöffnung zwei Düsenspalte gebildet werden. Das als Leitkörper ausgebildete Schmelzkontakt-Bauteil kann dabei entlang zumindest eines mittleren Abschnitts der Düsenöffnung freitragend aufgehängt sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das als Leitkörper ausgebildete Schmelzkontakt-Bauteil außerhalb des Ziehtanks gehaltert sein und entlang des Innenraums des Ziehtanks freitragend verlaufen. Eine derartige Anordnung ist in dem Dokument DE 10 2019 120 065.2 der Anmelderin dargestellt, welches hiermit vollumfänglich inkorporiert wird.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung daher auch ein Verfahren zum Bearbeiten einer Glasschmelze mit einem als Leitkörper ausgebildeten metallischen Schmelzkontakt-Bauteil gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Glasbands aus einer Glasschmelze.
Gemäß einem nochmals weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung, welche ausgebildet ist zur Konditionierung und/oder Homogenisierung einer Glasschmelze. Hierzu kann ein Rührgefäß zur Aufnahme der Glasschmelze vorgesehen sein, wobei das Schmelzkontakt-Bauteil als Rührer ausgebildet ist und im Betrieb durch eine Rotationsbewegung um die Längsachse die Glasschmelze homogenisieren oder konditionieren kann. Für einen derartigen Rührer können das Formteil als Rührflügel und das Tragelement als Rührwelle ausgebildet sein. Es versteht sich, dass auch mehr als ein Formteil bzw. Rührflügel oder auch unterschiedlich ausgebildete Rührflügel mit dem Tragelement bzw. mit der Rührwelle im Sinne der Erfindung verbunden werden können.
In einem nochmals weiteren Aspekt betrifft die Erfindung daher auch ein Verfahren zum Bearbeiten einer Glasschmelze mit einem als Rührer ausgebildeten metallischen Schmelzkontakt-Bauteil gemäß der Erfindung zur Konditionierung und/oder Homogenisierung einer Glasschmelze.
In einem nochmals weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines Formteiles mit einem Tragelement, umfassend die Schritte

- Bereitstellen des Formteiles, wobei das Formteil an zumindest einer zum Verbinden mit dem Tragelement vorgesehenen Kontaktfläche zumindest eine Fixiernase umfasst,
- Bereitstellen des Tragelementes, wobei das Tragelement zumindest eine Öffnung umfasst, durch welche die Fixiernase eingeschoben werden kann,
- Bereitstellen eines Fixierelementes, wobei das Fixierelement eine Ausnehmung und einen Fixierabschnitt umfasst,
- Einschieben des Formteiles in einer Montagerichtung A in das Tragelement zum Verbinden des Formteiles mit dem Tragelement, wobei die zumindest eine Fixiernase durch die zumindest eine Öffnung des Tragelementes geschoben wird, und
- Arretieren des eingeschobenen Formteiles durch Bewegen des Fixierelements in einer Arretierrichtung B, wobei die zumindest eine Fixiernase durch Hintergreifen mit dem Fixierabschnitt des Fixierelements in der eingeschobenen Position gehaltert wird.

Schließlich betrifft die Erfindung in einem nochmals weiteren Aspekt ein mehrteiliges metallisches Schmelzkontakt-Bauteil, insbesondere einen Leitkörper oder einen Rührer, umfassend zumindest ein Formteil, ein Tragelement und ein Fixierelement, wobei das Formteil mit dem Tragelement im Wesentlichen oder vorzugsweise allein formschlüssig miteinander verbunden ist wie vorstehend beschrieben.
Im Sinne der Erfindung kann dabei zumindest eines der Elemente oder Halbzeuge aus feinkornstabilisiertem Metall gefertigt sein. Vorzugsweise betrifft dies zumindest das Formteil und/oder das Tragelement.
Lieferanten von diesen feinkornstabilisierten Materialien sind z.B. Umicore, Furuya, Heraeus, Tanaka mit jeweils eigenen Versionen dieser Materialien (Umicore z.B. PtRh10 FKS Rigilit, PtRh10 FKS Saeculit - Heraeus z.B. PtRh10 DPH oder DPH-A, usw.). Hochkriechbeständige Edelmetalle wie reines Iridium sind weniger geeignet, da diese nicht oxidationsbeständig sind.
Das Schmelzkontakt-Bauteil kann dabei auch eine Sandwich-Konstruktion aus feinkornstabilisiertem Metall und einem weiteren Material umfassen. Das weitere Material kann ein Metall oder auch ein nichtmetallisches hochtemperaturfestes Material sein. Generell ist es aber vorteilhaft, zumindest das Formteil und das Tragelement vollständig aus feinkornstabilisiertem Metall herzustellen, um den Vorteil erhöhter Stabilität bei Hochtemperaturanwendungen in Verbindung mit schmelzflüssigem Material wie Glas zu erhalten.
Es ist allerdings möglich, das Fixierelement aus einem anderen, kostengünstigeren Material herzustellen, da es nicht in direkten Kontakt mit schmelzflüssigem Material gelangen muss.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele und den angefügten Ansprüchen.
Figurenliste

1 schematisch eine Querschnittansicht durch einen Ziehtank einer Glasschmelzanlage mit einem Schmelzkontakt-Bauteil am Beispiel eines Leitkörpers,
2 schematisch ein Rührgefäß mit einem Rührer,
3 schematisch einen Ausschnitt eines Tragelements in einer Schnittansicht,
4 schematisch einen Ausschnitt eines Formteiles mit im Beispiel vier Fixiernasen,
5 schematisch das Formteil aus 4, das Tragelement aus 3 und ein Fixierelement, wobei das Formteil bereits mit seinen insgesamt vier Fixiernasen in die zugehörigen Öffnungen des Tragelements eingeschoben ist,
6 schematisch das Ausführungsbeispiel aus 5, wobei das Fixierelement nunmehr die Fixiernasen arretiert,
7 schematisch die Gestaltung einer Fixiernase anhand eines Ausführungsbeispiels,
8 schematisch die Gestaltung einer vereinfachten Fixiernase anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels, und
9 ein Formteil, ein Tragelement und ein Fixierelement jeweils als Halbzeuge in einem Ausführungsbeispiel.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen um der Klarheit willen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Teile in oder an diesen Ausführungsformen. Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung sind die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht immer maßstabsgerecht gezeichnet.
1 zeigt Teile einer Vorrichtung 1 zum Bearbeiten einer Glasschmelze 5 mit einem metallischen Schmelzkontakt-Bauteil 100, welches in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel als Leitkörper 110 ausgebildet ist.
Die gezeigte Vorrichtung 1 dient dem Ziehen von Glasbändern 3 aus der Glasschmelze 5. Die Vorrichtung 1 weist einen Ziehtank 7 zur Aufnahme der Glasschmelze 5 auf, welcher an dessen unteren Ende Düsenöffnung 9 aufweist, durch welche die Glasschmelze 5 nach unten austreten kann. Im Ziehtank 7 ist der Leitkörper 110 angeordnet, der aus der Düsenöffnung 9 des Ziehtanks 7 nach unten herausragt. Mit dem durch die Düsenöffnung geführten Leitkörper 110 wird die Düsenöffnung 9 in zwei Düsenspalte 94, 96 untergliedert. Die Glasschmelze 5 tritt in zwei Teilströmen 18, 19 durch die Düsenspalten 94, 96 aus. Der Leitkörper 110 ist zu den Rändern 90, 92 der Düsenöffnung 9 beabstandet gehaltert, so dass zwischen dem Leitkörper 110 und den Rändern 90, 92 der Düsenöffnung 9 die zwei Düsenspalte 94, 96 gebildet werden.
Diese Teilströme 18, 19 laufen am Leitkörper 110 entlang nach unten und vereinigen sich am unteren Ende des aus der Düsenöffnung 9 herausragenden Schwertblattes 111 als Formteil 30 des Leitkörpers 110. Dieser Bereich, in dem sich die beiden Teilströme vereinigen und von dem aus das Glasband durch Abziehen geformt wird, wird als Ziehzwiebel 15 bezeichnet.
Beim Abziehen verringert sich die Dicke des Glasbands 3 durch das Ausziehen des Glases. Gleichzeitig wird das Glas mit steigender Entfernung von der Düsenöffnung 9 kälter und entsprechend viskoser, bis dieses erstarrt. Allgemein ist es bevorzugt, wenn der Leitkörper 110 mindestens 30 mm, vorzugsweise mindestens 80 mm aus der Düsenöffnung 9 herausragt. Auf diese Weise wird eine gute Verteilung der Glasschmelze auf dem Leitkörper 110 ermöglicht, so dass Dickenschwankungen im Glasband unterdrückt werden.
Ohne Beschränkung auf das gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst der Leitkörper 110 einen Schwertträger 112 als Tragelement 40, welcher im Inneren des Ziehtanks 7 angeordnet ist und einen verbreiterten Abschnitt darstellt, welcher den Strömungsquerschnitt für die Glasschmelze 5 gegenüber dem sich unten anschließenden Teil des Leitkörpers 110 verengt.
Der Abstand von der Düsenöffnung 9 zur Unterkante des Strömungswiderstands beträgt allgemein vorzugsweise mindestens 3 mm, bevorzugt mindestens 8 mm. Um das Glasband 3 abzuziehen, kann eine Zugvorrichtung 17 vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise ein oder mehrere Paare angetriebener Rollen umfassen.
Durch das Abziehen wird eine Zugkraft auf das Glasband 3 ausgeübt, welche typischerweise zumindest größtenteils auf den Leitkörper 110 wirkt. Diese Zugkraft wirkt in gleicher Richtung und zusätzlich zur Gewichtskraft. Um den Leitkörper 110 zu verankern und die einwirkenden Kräfte abzufangen, kann der Leitkörper 110 im Ziehtank mit Verstrebungen gehaltert sein, die von der Glasschmelze 5 umflossen werden. Eine solche Halterung ist mechanisch sehr stabil. Allerdings hat sich gezeigt, dass diese negative Auswirkungen auf die Qualität des Glasbands 3 haben kann.
Die Erfindung ermöglicht es nunmehr, dass der Leitkörper 110 entlang zumindest eines mittleren Abschnitts der Düsenöffnung 9 freitragend aufgehängt ist. Insbesondere kann in einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass beim Ziehen ein Glasband 3 ausgebildet wird, welches einen zentralen Bereich gleichmäßiger Dicke und zwei randseitige Borten mit gegenüber dem zentralen Bereich größerer Dicke aufweist, wobei der Leitkörper 110 so aufgehängt wird, dass dieser zumindest entlang des Abschnitts der Düsenöffnung, an welchem der zentrale Bereich gleichmäßiger Dicke ausgebildet wird, freitragend ist.
Dies wird dadurch ermöglicht, dass das Schwertblatt und der Schwertträger im Sinne der Erfindung im Wesentlichen oder vorzugsweise allein formschlüssig miteinander verbunden werden. Das Fixierelement ist in dieser Ansicht in 1 nicht dargestellt.
2 zeigt schematisch als weiteres Beispiel für eine Vorrichtung 1 zum Bearbeiten einer Glasschmelze 5 mit einem metallischen Schmelzkontakt-Bauteil 100 ein Rührgefäß 6 mit einem als Rührer 120 ausgebildeten Schmelzkontakt-Bauteil 100. Das Rührgefäß enthält Glasschmelze 5, welche über einen nur schematisch angedeuteten Zu- bzw. Ablauf 8 in das Rührgefäß 6 gelangen kann bzw. das Rührgefäß 6 wieder verlassen kann.
In dem Rührgefäß 6 ist ferner das als Rührer 120 ausgebildete Schmelzkontakt-Bauteil 100 angeordnet. In dem Ausführungsbeispiel umfasst der Rührer 120 eine Rührwelle 122 als Tragelement 40, welche rotatorisch über eine geeignete Vorrichtung (nicht dargestellt) in einer Rotationsbewegung R angetrieben werden kann.
Zum Homogenisieren und/oder Konditionieren der Glasschmelze 5 in dem Rührgefäß 6 sind auf der Rührwelle 122 insgesamt ohne Beschränkung auf dieses Ausführungsbeispiel sechs Rührflügel 121 als Formteil 30 stumpf auf die Rührwelle 122 aufgesetzt und erfindungsgemäß mit der Rührwelle 122 formschlüssig verbunden.
Das Schmelzkontakt-Bauteil 100 ist demnach in beiden Ausführungsbeispielen mehrteilig ausgeführt. Dies bedeutet, dass sowohl das Formteil 30, also im Ausführungsbeispiel das Schwertblatt 111 oder die Rührflügel 121, und das Tragelement 40, also im Ausführungsbeispiel der Schwertträger 112 oder die Rührwelle 122, separat gefertigt werden können.
Dies hat den Vorteil, dass auch die Fertigungsverfahren auf die Herstellung dieser Halbzeuge abgestellt werden können, und gerade bei kostenintensiven Werkstoffen entsprechend optimiert werden können. Das Schwertblatt 111 kann beispielsweise aus einem gewalzten Blech gefertigt werden, wobei die Fixiernasen dann auf einer Längsseite aus dem Blech ausgeschnitten oder ausgestanzt werden. Dies ermöglicht zudem, auf einfache Weise überschüssiges Material zu sammeln und einer Wieder- oder Weiterverwendung zuzuführen, was gerade bei kostenintensiven Materialien von großer Bedeutung sein kann. Die Rührwelle 122 und der Schwertträger können beispielsweise als Rohrmaterial hergestellt werden.
Gemäß der Erfindung ist das zumindest eine Formteil 30 mit dem Tragelement 40 im Wesentlichen oder vorzugsweise allein formschlüssig verbunden. In dem Ausführungsbeispiel aus 1 ist das Schwertblatt 111 formschlüssig mit dem Schwertträger 112 verbunden. In dem Ausführungsbeispiel aus 2 sind die Rührflügel 121 formschlüssig mit der Rührwelle 122 verbunden.
3 zeigt dazu rein exemplarisch in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt eines Tragelements 40 in einer Schnittansicht. Das im Beispiel rohrförmige Tragelement 40 ist von kreisförmigen Querschnitt und kann demzufolge als Antriebswelle verwendet werden. Selbstverständlich sind auch andere Bauarten und -formen möglich, beispielsweise Geometrien mit anderen Querschnittsformen, um etwa als Schwertträger 112 verwendet werden zu können.
Das Tragelement 40 verfügt in dem Beispiel über eine Wand 42, welche durch Öffnungen 41 unterbrochen wird. Die Öffnungen 41 sind dabei in ihrer Größe und in ihrer Anzahl auf die Fixiernasen 20 des Formteiles 30 abgestimmt, wie auch in der 4 ersichtlich. In dem Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 41 passgenau gegengleich zu Fixiernasen eines aufzunehmenden Formteiles ausgebildet. 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Formteiles 30 mit im Beispiel vier Fixiernasen 20. Dadurch kann bei der Montage des Formteiles 30 die Fixiernase 20 durch diese Öffnung hindurch geschoben werden, so dass zwischen Formteil und Tragelement die im Wesentlichen oder vorzugsweise allein formschlüssige Verbindung geschaffen werden kann.
5 zeigt schematisch das Formteil 30 aus 4, das Tragelement 40 aus 3 und ein Fixierelement 50, wobei das Formteil 30 bereits mit seinen insgesamt vier Fixiernasen 40 in die zugehörigen vier Öffnungen 41 des Tragelements 40 eingeschoben ist. Das Formelement 30 ist durch das Einschieben der Fixiernasen 20 in die Öffnungen 41 des Tragelements 40 bis zu der vorbestimmten Endlage eingeschoben und befindet sich demnach in einer montierten, aber noch nicht arretierten Position. Im Falle mehrerer Fixiernasen 20 sind, wie in der 4 gezeigt, diese Fixiernasen 20 günstigerweise gleich ausgerichtet, so dass eine einfache Montage ermöglicht wird. Die Endlage ist dann erreicht, wenn eine Kontaktfläche 31 an dem Tragelement 40 anliegt.
Zum Arretieren dient das Fixierelement 50. Dieses ist in dem Beispiel ebenfalls mit vier Ausnehmungen 51 und vier Fixierabschnitten 52 ausgebildet, um in montierter Position die vier Fixiernasen 20 aufzunehmen und mittels einer Arretierbewegung durch zumindest teilweises Hintergreifen mit dem jeweiligen Fixierabschnitt 52 die Fixiernasen 20 zu haltern.
6 zeigt dazu schematisch das Ausführungsbeispiel aus 5, wobei die im Beispiel vier Fixierabschnitte 52 des Fixierelementes 50 nunmehr die im Beispiel vier Fixiernasen 20 des Formteils 30 arretieren durch Hintergreifen der Fixiernasen 20. Damit wird das Formteil 30 festgelegt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Fixierelement noch nicht vollständig in Arretierrichtung B bewegt worden, sondern es ist eine Art Zwischenschritt dargestellt, bei dem aber bereits das Formteil 30 gegen ein Lösen von dem Tragelement 40 gesichert ist. Dies zeigt sich daran, dass die Fixiernasen bereits teilweise von dem Fixierabschnitt 52 hintergriffen werden.
Für eine optimale Kraftübertragung kann es aber günstig sein, wenn die Fixiernasen 20 zu einem möglichst großen Anteil hintergriffen werden. Dies sorgt für eine größere Stabilität und ermöglicht es ferner, auch Zugkräfte, welche auf das Formteil einwirken können, besser abzutragen. Hierzu kann die Ausnehmung 51 der Fixiernase 20 vollständig ausgenutzt werden. In dem Beispiel in 6 ist zu erkennen, dass die Fixiernasen 20 zu etwa einem Drittel durch das jeweilige Fixierelement 50 hintergriffen werden.
Die Montagerichtung, in der das Formteil 30 und das Tragelement zueinander bewegt werden, ist in der 5 als Montagerichtung A eingezeichnet. Die Kontaktfläche 31 des Formteils 30 steht in der montierten Position mit dem Tragelement 40 in Kontakt und begrenzt hiermit das Einschieben der Fixiernasen 20 in die Öffnungen 41.
In 6 ist weiterhin die Arretierrichtung B eingezeichnet. In dieser Richtung wird in diesem Ausführungsbeispiel das Fixierelement 50 bewegt, um die Fixiernasen hintergreifen zu können.
Durch das Hintergreifen erfolgt also zunächst ein Verkanten der Fixiernasen 20, wodurch die Fixiernasen 20 in der montierten Position gehaltert werden und womit bereits ein ungewolltes Lösen des Formteils 30 von dem Tragelement 40 verhindert werden kann, da die Fixiernasen 20 nicht mehr aus den Öffnungen 41 des Tragelements 40 entfernt werden können.
Die Ausgestaltung einer für die Erfindung geeigneten Fixiernase 20 wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der 7 weiter verdeutlicht. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Übersichtlichkeit halber lediglich ein Ausschnitt eines Formteiles 30 mit einer einzigen Fixiernase 20 gezeigt. Nicht gezeigt sind in dieser Darstellung das Tragelement 40 und das Fixierelement 50.
Das Formteil 30 umfasst einen abgeflachten Bereich, der dazu vorgesehen ist, nach erfolgter Montage in Kontakt mit dem Tragelement zu stehen. Dieser abgeflachte Bereich stellt damit die Kontaktfläche 31 dar, welche in montierter Position zum Tragelement 40 hinweist und dabei mit dem Tragelement 40 in Kontakt steht, wenn die Endlage erreicht ist. Das Formteil 30 ist in dem Ausführungsbeispiel als flaches Halbzeug ausgeführt und kann demzufolge beispielsweise ein Schwertblatt 111 darstellen.
Von der Kontaktfläche 31 steht die eine Fixiernase 20 hervor, welche laschenartig oder hakenartig ausgebildet ist. Im Falle eines flachen Halbzeuges als Formteil kann die Fixiernase in gleicher Materialstärke ausgebildet sein wie das Halbzeug selbst, was eine besonders einfache Fertigung etwa aus einem gewalzten Blechmaterial ermöglicht.
Selbstverständlich ist es auch möglich, etwa im Fall von dickeren Halbzeugen oder Rohrmaterialien als Formteil, den die Fixiernase umfassenden Bereich etwa zu verjüngen, wobei allerdings auf eine hinreichende Materialstärke zu achten ist, um genügend Kräfte übertragen zu können. Wandstärken für die Fixiernase in einem Bereich ab etwa zwei bis drei Millimeter können ausreichend sein, bei größeren Belastungen auf das Formteil, etwa starken Zugkräften, können auch Wandstärken hin zu fünf Millimeter oder darüber hinaus günstig sein.
Ebenso ist es auch möglich, die Fixiernase und/oder den umgebenden Bereich des Formteiles dicker im Vergleich zum übrigen Formteil auszubilden, um ebenfalls für mehr Stabilität in dem besonders beanspruchten Verbindungsbereich zu sorgen. Dies kann sich anbieten, wenn das Formteil selbst flach mit geringer Wandstärke ausgebildet ist, beispielsweise mit einer Wandstärke von weniger als zwei Millimeter.
Die Öffnung 41 des Tragelements 40 ist von Vorteil passgenau gegengleich zu der Fixiernase 20 ausgebildet, so dass sie in montierter Position die Fixiernase 20 einfach aufnehmen kann. Bei der Montage wird die Fixiernase 20 durch diese Öffnung 41 hindurch geschoben, so dass zwischen Formteil 30 und Tragelement 40 die im Wesentlichen oder vorzugsweise allein formschlüssige Verbindung geschaffen wird.
Das Fixierelement 50 kann erst dann an dem Tragelement 40 angeordnet werden, wenn sich das Formteil 30 in montierter Position befindet und die Fixiernase 20 durch die Öffnung 41 des Tragelements 40 geschoben ist. Dies kann sich anbieten, wenn lediglich ein einziges Formteil mit einem Tragelement verbunden werden soll.
Es ist aber, wie in dem Ausführungsbeispiel der 5 gezeigt, auch möglich, das Fixierelement 50 schon vorher an dem Tragelement 40 anzubringen oder vorzuhalten, und die Fixiernase 20 zuerst durch die Öffnung 41 des Tragelements 40 und sodann durch die Ausnehmung 51 des Fixierelements 50 zu bewegen. In diesem Fall bietet es sich an, wie abgebildet, die Öffnung 41 und die Ausnehmung 51 fluchtend zueinander anzuordnen, so dass die Fixiernase 20 in einem einzigen Arbeitsgang durch die Öffnung 41 und die Ausnehmung 51 geschoben werden kann.
Das Fixierelement 50 kann dabei als flaches Bauteil oder als Hohlkörper, etwa rohrförmig, ausgebildet sein. Es kann sich anbieten, das Fixierelement 50 in seiner Geometrie dem Tragelement anzupassen, so dass, insbesondere im Falle mehrerer Fixiernasen, in einer einzigen Arretierbewegung gleichzeitig sämtliche Fixiernasen hintergriffen werden können.
So ist es in einer Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rührers vorgesehen, die Rührwelle als Tragelement rohrförmig auszubilden, und das Fixierelement ebenfalls rohrförmig mit geringerem Querschnitt, so dass das Fixierelement als Innenrohr in die Rührwelle eingeschoben werden kann. Dabei wird das Fixierelement relativ zu der Rührwelle derart ausgerichtet, dass die Öffnungen 41 und die Ausnehmungen 51 miteinander fluchten. Sodann werden die Rührflügel 121 als Formteile 30 auf die Rührwelle aufgesetzt und die Fixiernasen 20 in die Öffnungen 41 und die Ausnehmungen 51 in Montagerichtung eingeschoben. Nachdem sämtliche vorgesehenen Rührflügel 121 derart formschlüssig sind, kann durch eine einzige Arretierbewegung des Fixierelements 50 in einer Arretierrichtung parallel zur Längsachse eine Verriegelung sämtlicher Fixiernasen 20 erfolgen.
Nach erfolgter Arretierung kann das Fixierelement 50 entsprechend festgelegt werden. Hierzu kann beispielsweise eine weitere Verbindung zwischen Tragelement 40 und Fixierelement 50 geschaffen werden, beispielweise eine kraftschlüssige Verbindung mittels Schrauben. Dies ermöglicht ein einfaches Lösen der Verbindung, so dass auch eine De-Arretierung der Formteile 40 sehr einfach möglich ist. Es ist aber auch beispielsweise möglich, Tragelement 40 und Fixierelement 50 stoffschlüssig mittels einer Schweißverbindung miteinander zu verbinden und auf diese Weise das Fixierelement 50 in der arretierten Position festzulegen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass das Tragelement keine geschlossene Geometrie aufweist, sondern beispielsweise als flaches Halbzeug ausgebildet ist. In diesem Fall kann das Fixierelement ebenfalls als flaches Halbzeug ausgebildet sein, welches auf dem Tragelement aufliegen kann.
Die Festlegung des Fixierelements 50 kann wie oben dargestellt erfolgen. Hierbei ist allgemein darauf zu achten, dass kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindungen, sofern erforderlich, an Stellen gesetzt werden, welche für den vorgesehenen Einsatz des metallischen Schmelzkontakt-Bauteiles unkritisch sind und insbesondere nicht in Kontakt mit schmelzflüssigem Material kommen.
Das Formteil 30 kann dabei stumpf, wie im Beispiel der 5 oder 6, oder auch schräg auf das Tragelement 40 aufgesetzt sein. Unabhängig hiervon kann die Verbindung auf die oben genannte Weise im Wesentlichen oder ausschließlich formschlüssig ausgestaltet werden. Dies bedeutet, dass, wie in den 5 oder 6 gezeigt, zwischen Formteil und Tragelement keine stoffschlüssige Verbindung erforderlich ist.
Wie in 7 gezeigt, umfasst die Fixiernase 20 in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung einen Schenkel 21, welcher über einen Ansatz 28 mit der Kontaktfläche 31 bzw. dem Formteil 30 verbunden ist. Hierdurch wird eine Aussparung oder Ausnehmung 24 definiert, welche der Aufnahme des Fixierabschnittes 52 dient.
Der zu der Kontaktfläche 31 hinweisende Abschnitt des Schenkels 21 umfasst dabei eine Abflachung oder einen abgeflachten Abschnitt, welche die Klemmfläche 23 darstellt. Diese Klemmfläche 23 liegt nach der Arretierbewegung des Fixierelements 50 an dem zugehörigen Fixierabschnitt 52 an, wodurch das Verkanten und Sichern gegen ein Lösen der Fixiernase aus der Öffnung 41 bewirkt wird.
Bei den in den 5, 6 und 7 abgebildeten Fixiernasen 20 ist zwischen Fixiernase 20 und Fixierabschnitt 52 ein Klemmen oder Pressen, also eine kraftschlüssige Verbindung, vorgesehen, d.h., der zugehörige Fixierabschnitt 52 des Fixierelements 50 wird während der Arretierbewegung des Fixierelementes 50 in zunehmendem Maße gegen die Klemmfläche 23 gepresst. Hierdurch wird eine Klemmkraft aufgebracht, welche die Fixiernase 20 und damit das Formteil 30 gegen ein ungewolltes Lösen besonders gut sichert.
Es versteht sich, dass die Klemmfläche 23 und der zugehörige Fixierabschnitt 52 dazu eine gewisse Mindestfläche aufweisen sollte, um möglichst gut Kräfte übertragen und weiterleiten zu können. Die Größe dieser Verbindungsfläche richtet sich nach dem Material, den zu übertragenden Kräften und der Anzahl der vorgesehenen Fixiernasen. Im Allgemeinen sollte eine Verbindungsfläche von wenigstens etwa 2 mm * 5 mm = 10 mm² pro Fixiernase nicht unterschritten werden.
Wie in dem Ausführungsbeispiel der 7 gut zu erkennen, ist die Fixiernase mit einem Dichtabschnitt 27 ausgebildet, welcher in den Ansatz 28 übergeht. In montierter Position greift dieser Dichtabschnitt 27 in die Öffnung 41 des Tragelements 40 mit möglichst wenig Spiel ein und schließt diese ab, wenn das Formteil 30 montiert ist.
Hierdurch wird zum einen verhindert, dass schmelzflüssiges Material in den Freiraum oder Hohlraum bzw. die Ausnehmung 24 eindringen kann. Zum anderen wird die formschlüssige Verbindung zwischen Formteil 30 und Tragelement 40 auf diese Weise unterstützt, wenn in montierter Position dieser Dichtabschnitt 27 in die Öffnung 41 des Tragelements 40 formschlüssig eingreift und auf diese Weise eine feste Verbindung zwischen Formteil 30 und Tragelement 40 geschaffen werden kann. Ein fester Sitz der Fixiernase in der Öffnung 41 des Tragelements 40 kann zudem das Übertragen und Ableiten von Kräften aufgrund mechanischer Beanspruchungen von Formteil auf Tragelement oder umgekehrt besonders gut unterstützen.
Wie anhand der 6 besonders gut zu erkennen ist es günstig, wenn der Dichtabschnitt 27 eine Höhe H_D aufweist, welche gleich oder geringer ist als die Dicke der Wand 42 des Tragelements 40 im Bereich der Öffnung 41. Dies führt dazu, dass der Dichtabschnitt 27 nicht gegenüber der Wand 42 des Tragelements 40 hervorsteht, wenn das Fixierelement 50 montiert wird. Ein Hervorstehen könnte zu einem Sperren des Fixierelements 50 während der Arretierbewegung führen und diese unnötig erschweren oder sogar verhindern.
Der Dichtabschnitt 27 kann zum einen im Zuge der Herstellung direkt vorgesehen sein und beispielsweise mittels Stanzen und/oder Schneiden erzeugt werden. Es ist aber auch möglich, den Dichtabschnitt 27 nachträglich aufzubringen. Dies kann zum Beispiel durch eine dünne Laserschweißnaht erfolgen, welche vor oder nach der Montage und/oder der Arretierung aufgebracht werden kann. Dabei ist darauf zu achten, dass möglichst wenig Grundmaterial angeschmolzen wird, so dass nur die unterste Kante per Laserschweißen abgedichtet wird.
Im Ausführungsbeispiel der 7 ist ferner gut zu erkennen, dass die Klemmfläche 23 des Schenkels 21 gegenüber der Kontaktfläche 31 eine leichte Neigung aufweist. Dieser Winkel α beträgt in dem Ausführungsbeispiel etwa 3°. Ohne Beschränkung auf dieses Ausführungsbeispiel kann der Winkel α zwischen 0,5° ≤ α ≤ 30° betragen, bevorzugt 1° ≤ α ≤ 20° und besonders bevorzugt 1° ≤ α ≤ 10° liegen.
Dies führt dazu, dass bei einem Bewegen des Fixierelements in Arretierrichtung B die durch das Klemmen bzw. Pressen von dem Fixierabschnitt auf die Klemmfläche wirkende Kraft langsam bis zum Erreichen einer gewünschten Klemmkraft aufgebaut werden kann. Es ist selbstverständlich auch möglich, ergänzend oder zusätzlich den Fixierabschnitt 52 des Fixierelements 50 mit einer ähnlichen leichten Neigung auszubilden, um diese Wirkung zu erzielen. Die geneigte Klemmfläche führt auch zu einer Selbsthemmung, wodurch die Einzelteile nach der Verklemmung durch Haftreibung fixiert sind.
Um das Einschieben des Fixierabschnittes in die Ausnehmung 42 noch weiter zu vereinfachen, können entlang einer Vorderkante 22, welche zwischen der Klemmfläche 23 und der den Schenkel 21 abschließenden Stirnfläche gebildet wird, zusätzlich ein kleiner Radius, vorzugsweise mit einem Radius R zwischen 0,5 und 5 mm, und/oder eine Fase vorgesehen sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Fixiernase 20 zumindest über eine Lastaufnahme 26 verfügen. Diese ermöglicht es, größere Kräfte zu übertragen, etwa, wenn das Formteil 30 einer größeren Zugkraft ausgesetzt ist, welche von dem Tragelement 40 hinwegführt. Um diese Zugkräfte besser von dem Formteil 30 auf die Fixiernase 20 zu übertragen, ist zwischen dem Ansatz 28 und dem Schenkel 21 eine Materialverstärkung als Lastaufnahme 26 vorgesehen, welche auf den Ansatz 28 wirkende Zugkräfte besser auf den Schenkel 21 überleitet.
Um eine gute Kraftübertragung von dem Formelement 30 auf das Tragelement 40 zu begünstigen, beispielsweise auch bei höheren Zug- oder Biegemomenten im Betrieb, ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, gerade bei größeren Bauteilen mit Abmessungen ab etwa 20 cm, entlang der Kontaktfläche 31 mehr als eine, vorzugsweise mehrere Fixiernasen 20 vorzusehen, welche mit dem Tragelement 40 im Eingriff stehen.
Für eine homogene Kraftübertragung können diese in regelmäßigen Abständen vorgesehen sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, in Bereichen mit besonders hoher Belastung mehrere Fixiernasen 20, auch in kürzeren Abständen zueinander, vorzusehen, und in anderen Abschnitten weniger Fixiernasen, bzw. größere Abstände zwischen benachbarten Fixiernasen vorzusehen. Vorzugsweise haben die mehreren Fixiernasen 20 dabei die gleiche Ausrichtung, d.h. die Schenkel 21 weisen in die gleiche Richtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind daher pro 10 cm Länge der Kontaktfläche zumindest eine Fixiernase, bevorzugt zumindest zwei Fixiernasen oder auch mehr als zwei Fixiernasen vorgesehen. Bei den in 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen sind, ohne Beschränkung auf dieses Ausführungsbeispiel, zwei Fixiernasen 20 pro 10 cm Länge der Kontaktfläche 31 in regelmäßigem Abstand zueinander vorgesehen.
Das Ausführungsbeispiel in 8 zeigt schematisch die Gestaltung einer vereinfachten Fixiernase 20 anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels. Die Fixiernase 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel ohne Dichtabschnitt 27 und ohne Lastaufnahme 26 ausgebildet. Zudem sind Ansatz 28 und Schenkel 21 unterschiedlich dimensioniert.
9 schließlich zeigt ein Formteil 30, ein Tragelement 40 und ein Fixierelement 50 jeweils als Halbzeuge in einem Ausführungsbeispiel. Das Formteil 30 ist als ebenes Blech gefertigt, die Fixiernasen 20 sind mittels Schneiden aus dem ebenen Blech herausgearbeitet. Das Formteil ist demnach einstückig bzw. monolithisch gefertigt. Das Tragelement 40 ist als Rohr-Halbzeug gefertigt, wobei die Öffnungen 41 in geschlitzter Form passgenau gegengleich zu den Fixiernasen 20 herausgearbeitet sind. Das Fixierelement 50 ist als Einschlagblech gefertigt. Die Ausnehmungen 51 sind ebenfalls in geschlitzter Form passgenau gegengleich zu den Fixiernasen 20 herausgearbeitet.
Die Erfindung ermöglicht es damit, ein metallisches Formteil 30 mit einem metallischen Tragelement 40 zu verbinden, um ein metallisches Schmelzkontakt-Bauteil zur Verfügung zu stellen. Das erfindungsgemäße metallische Schmelzkontakt-Bauteil kommt dabei vollständig oder im Wesentlichen ohne eine Wärmebehandlung zum Schaffen stoffschlüssiger Verbindungen aus, insbesondere zwischen Formteil und Tragelement.
Von daher ist es möglich, für das Formteil 30 und/oder das Tragelement 40 und/oder das Fixierelement 50 oxid-dispersionsverfestigte Werkstoffe, also beispielsweise feinkornstabilisierte Edelmetalle oder Edelmetalllegierungen, zu verwenden.
Selbstverständlich ist es in diesem Sinne auch möglich, die separat gefertigten Elemente aus unterschiedlichen Werkstoffen herzustellen und hierdurch die bestmögliche Materialkombination für das Schmelzkontakt-Bauteil auszuwählen.
Die Werkstoffe können dabei neben den bereits genannten Metallen, Edelmetallen bzw. Edelmetalllegierungen auch Werkstoffe umfassend oder auf der Basis von Molybdän oder Wolfram oder Iridium, insbesondere auch reinem Iridium, verwendet werden.
Gerade in Bezug auf die Werkstoffe Molybdän oder Wolfram bietet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden eines Formteiles mit einem Tragelement an, da diese Werkstoffe im Allgemeinen als nicht schweißbar gelten. Auch bei dem Werkstoff Iridium gelten Schweißnähte im Allgemeinen als problematisch wegen einer Grobkornbildung und der Sprödheit des Materials, was dazu führt, dass Werkstoffe direkt beim Schweißen aufreißen können.
In den Ausführungsbeispielen aus 1 sind Schwerträger 112 und Schwertblatt 111 als Halbzeuge aus dispersionsverfestigten bzw. feinkornstabilisierten Edelmetalllegierungen gefertigt, wobei es sich um eine PtRhAu-Legierung handelt. Selbstverständlich ist es auch möglich, Schwerträger 112 und Schwertblatt 111 allgemein auf der Basis von Platin und Platinlegierungen herzustellen, umfassend Pt, PtRh, PtAu, oder PtIr.
Ein Leitkörper 110 auf der Basis von feinkornstabilisierten Metall, insbesondere auf der Basis einer PtRhAu- oder PtIr-Legierung, kann eine besonders hohe Kriechresistenz auch bei hohen Temperaturen aufweisen.
Bei einer Vorrichtung 1 wie in 1 gezeigt ist der Leitkörper 110 durch das Eigengewicht des Leitkörpers 11 und die von der Zugvorrichtung 17 auf das Glasband ausgeübte Kraft zugbelastet. Die Belastung im Betrieb kann eine Last von 100 N pro 1000 mm Glasbandbreite oder mehr bei gleichzeitig hoher Temperatur von 1200 °C bedeuten.
Bei einem Leitkörper 110 herkömmlicher Bauart kann es zu einer Instabilität längs und quer zur Ziehrichtung kommen. Dies führt zu Schwankungen der Düsenschlitzbreite und damit zu Instabilitäten im Ziehverfahren. Ein erfindungsgemäß hergestellter Leitkörper 110 vermag es daher, mehr Stabilität, auch bei den genannten Belastungen, aufzubringen, so dass insgesamt die Ausbeute und die Qualität des Ziehverfahrens verbessert werden kann, was gerade im Hinblick auf die Herstellung sehr dünner Gläser und breiter Glasbänder, wie es häufig bei Down-Draw-Verfahren gefordert ist, sehr günstig ist.
Hier stellt ein Leitkörper 110 ein zentrales, wichtiges Schmelzkontakt-Bauteil dar, da dieser auch die Strömung der Glasschmelze im Ziehtank beeinflusst, so dass es zu Dickenschwankungen und Glasfehlern kommen kann, wie beispielsweise Schlieren. Die Erfindung ermöglicht damit eine freitragende Aufhängung eines Leitkörpers 110, auch bei großen Glasband-Breiten, bei welchen besonders große mechanische Belastungen im Verlauf des Ziehprozesses bei den hohen Temperaturen auftreten.
Die Verwendung von Halbzeugen auf der Basis von dispersionsverfestigten Edelmetalllegierungen für die Fertigung des Leitkörpers 110 reduziert die Neigung zu Gefügeveränderungen oder -schädigungen der verwendeten Halbzeuge, wodurch ein hochtemperaturstabiler Leitkörper 110 geschaffen werden kann, ohne dass es im Betrieb im Laufe der Zeit durch Kriechen des Materials zu einem Verformen kommt, was sich ungünstig auf die Geometrie des Leitkörpers 110 auswirken würde.
Das Kriechen wird im Allgemeinen durch das Eigengewicht des Leitkörpers und durch das Abziehen des Glasbands hervorgerufen und dabei durch die endseitige Aufhängung begünstigt, die zu hohen Biegemomenten auf den Leitkörper führen. Hierdurch kann letztendlich eine Kriechverformung herkömmlicher Leitkörper einsetzen. Dieser Kriechverformung wird mit dem feinkornstabilisierten Metall in der tragenden Struktur des Leitkörpers 110 im Sinne der Erfindung entgegengewirkt.
Dadurch, dass sich der Leitkörper 110 freitragend entlang des Düsenschlitzes erstreckt, also Halterungen oder Streben für den Leitkörper im von der Glasschmelze ausgefüllten Inneren des Ziehtanks vermieden werden, wird der Fluss der Glasschmelze nicht durch derartige Strukturen beeinflusst. Damit wird ein sehr gleichmäßiger Glasfluss und eine entsprechend homogene Dicke des abgezogenen Glasbands erzielt.
Zudem wird auch das Risiko von Spontanversagen infolge von Sprödrissen reduziert und die Standzeit der metallischen Schmelzkontakt-Bauteile 100 somit erhöht.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Bearbeiten einer Glasschmelze
3: Glasband
5: Glasschmelze
6: Rührgefäß
7: Ziehtank
8: Zu-/Ablauf
9: Düsenöffnung
15: Ziehzwiebel
17: Zugvorrichtung
18: Teilstrom
19: Teilstrom
20: Fixiernase
21: Schenkel
22: Vorderkante
23: Klemmfläche
24: Ausnehmung
25: Dichtfläche
26: Lastaufnahme
27: Dichtabschnitt
28: Ansatz
30: Formteil
31: Kontaktfläche
32: Ausnehmung
40: Tragelement
41: Öffnung
42: Wand
50: Fixierelement
51: Ausnehmung
52: Fixierabschnitt
90, 92: Ränder von 94, 96
94, 96: Düsenspalte
100: Schmelzkontakt-Bauteil
110: Leitkörper
111: Schwertblatt
112: Schwertträger
120: Rührer
121: Rührflügel
122: Rührwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013204451 A1 [0005]
DE 102019120065 [0006, 0070]

Claims

Vorrichtung (1) zum Bearbeiten einer Glasschmelze (5) mit einem metallischen Schmelzkontakt-Bauteil (100), wobei das Schmelzkontakt-Bauteil (100) zumindest ein Formteil (30), ein Tragelement (40) und ein Fixierelement (50) umfasst und wobei das Formteil (30) mit dem Tragelement (40) verbunden ist, wobei das Formteil (30) ferner an zumindest einer zum Tragelement (40) hinweisenden Kontaktfläche (31) zumindest eine Fixiernase (20) umfasst, wobei das Tragelement (40) zumindest eine Öffnung (41) umfasst, in welche in montierter Position die Fixiernase (20) eingreift, wobei das Fixierelement (50) eine Ausnehmung (51) und einen Fixierabschnitt (52) umfasst, und wobei in montierter Position die Fixiernase (20) durch zumindest teilweises Hintergreifen mit dem Fixierabschnitt (52) des Fixierelements (50) gehaltert wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (30) im Wesentlichen oder vorzugsweise allein formschlüssig mit dem Tragelement (40) verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (30) und/oder das Tragelement (40) und/oder das Fixierelement (50) ein feinkornstabilisiertes Metall umfasst, wobei das feinkornstabilisierte Metall vorzugsweise eine Legierung ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das feinkornstabilisierte Metall gekennzeichnet ist durch zumindest eines der Merkmale: - das feinkornstabilisierte Metall ist eines der Metalle Pt, PtRh, PtAu, PtRhAu, PtIr, - das feinkornstabilisierte Metall enthält ZrO2-Partikel.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (30) und/oder das Tragelement (40) und/oder das Fixierelement (50) zumindest eines der Werkstoffe Molybdän, Wolfram oder Iridium umfasst.
Vorrichtung (1) 1nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (41) des Tragelementes (40) und/oder die Ausnehmung (51) des Fixierelements (50) passgenau gegengleich zu der Fixiernase (20) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiernase (20) einen Schenkel (21) umfasst mit einer Klemmfläche (23), welche in montierter Position in Kontakt mit dem Fixierabschnitt (52) des Fixierelements (50) steht.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiernase (20) einen Dichtabschnitt (27) umfasst, welcher in montierter Position in die Öffnung (41) des Tragelementes (40) eingreift.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtabschnitt (27) eine Höhe H_D aufweist, welche gleich oder geringer ist als die Dicke der Wand (42) des Tragelements (40) im Bereich der Öffnung (41).
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmfläche (23) mit der Kontaktfläche (31) des Formteiles einen Winkel α bildet, wobei gilt: 0,5° ≤ α ≤ 30°, bevorzugt 1° ≤ α ≤ 20° und besonders bevorzugt 1° ≤ α ≤ 10°.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiernase (20) über eine Lastaufnahme (26) zwischen Ansatz (28) und Schenkel (21) verfügt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro 10 cm Länge der Kontaktfläche (31) zumindest eine Fixiernase (20), bevorzugt zumindest zwei Fixiernasen (20) vorgesehen sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiernase (20) und das Formteil (30) monolithisch sind, wobei die Fixiernase (20) vorzugsweise spanlos erzeugt wird, vorzugsweise mittels Stanzen und/oder Schneiden.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ausgebildet ist zur Herstellung eines Glasbands (3) aus einer Glasschmelze (5).
Vorrichtung (1) nach vorstehendem Anspruch, ferner umfassend einen Ziehtank (7) zur Aufnahme der Glasschmelze (5), welcher eine untere Düsenöffnung (9) aufweist, durch welche die Glasschmelze (5) nach unten austreten kann, wobei ferner das Schmelzkontakt-Bauteil (100) als Leitkörper (110) ausgebildet ist, der aus der Düsenöffnung (9) des Ziehtanks (7) nach unten herausragt, wobei der Leitkörper (110) zu den Rändern (90, 92) der Düsenöffnung (9) beabstandet gehaltert ist, so dass zwischen dem Leitkörper (110) und den Rändern (90, 92) der Düsenöffnung (9) zwei Düsenspalte (94, 96) gebildet werden, und wobei der Leitkörper (110) entlang zumindest eines mittleren Abschnitts der Düsenöffnung (9) freitragend aufgehängt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, wobei der Leitkörper (110) außerhalb des Ziehtanks (7) gehaltert ist und entlang des Innenraums des Ziehtanks (7) freitragend verläuft.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei die Vorrichtung (1) ausgebildet ist zur Konditionierung und/oder Homogenisierung einer Glasschmelze (5).
Vorrichtung (1) nach vorstehendem Anspruch, ferner umfassend ein Rührgefäß (6) zur Aufnahme der Glasschmelze (5), wobei das Schmelzkontakt-Bauteil (100) als Rührer (120) ausgebildet ist und im Betrieb durch eine Rotationsbewegung um die Längsachse die Glasschmelze (5) homogenisieren oder konditionieren kann.
Verfahren zum Bearbeiten einer Glasschmelze (5) mit einem metallischen Schmelzkontakt-Bauteil (100), vorzugsweise mittels einer Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung verwendet wird zur Herstellung eines Glasbands (3) aus einer Glasschmelze (5) und/oder zur Konditionierung und/oder Homogenisierung einer Glasschmelze (5).
Verfahren zum Verbinden eines Formteiles (30) mit einem Tragelement (40), umfassend die Schritte - Bereitstellen des Formteiles (30), wobei das Formteil (30) an zumindest einer zum Verbinden mit dem Tragelement (40) vorgesehenen Kontaktfläche (31) zumindest eine Fixiernase (20) umfasst, - Bereitstellen des Tragelementes (40), wobei das Tragelement (40) zumindest eine Öffnung (41) umfasst, durch welche die Fixiernase (20) eingeschoben werden kann, - Bereitstellen eines Fixierelementes (50), wobei das Fixierelement eine Ausnehmung (51) und einen Fixierabschnitt (52) umfasst, - Einschieben des Formteiles (30) in einer Montagerichtung A in das Tragelement (40), wobei die zumindest eine Fixiernase (20) durch die zumindest eine Öffnung (41) des Tragelementes (40) geschoben wird und in diese eingreift, und - Arretieren des eingeschobenen Formteiles (20) durch Bewegen des Fixierelements (50) in einer Arretierrichtung B, wobei die zumindest eine Fixiernase (20) durch Hintergreifen mit dem Fixierabschnitt (52) des Fixierelements (50) in der eingeschobenen Position gehaltert wird.
Schmelzkontakt-Bauteil (100), insbesondere Leitkörper (110) oder Rührer (120), umfassend zumindest ein Formteil (30), ein Tragelement (40) und ein Fixierelement (50), wobei das Formteil (30) mit dem Tragelement (40) im Wesentlichen oder vorzugsweise allein formschlüssig verbunden ist.