DE10332692A1

DE10332692A1 - Rührvorrichtung zum Behandeln einer Glasschmelze

Info

Publication number: DE10332692A1
Application number: DE10332692A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Linz; Helmut Oberloer; Horst Loch; Stefan Schmitt
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchrühren, Homogenisieren oder Konditionieren einer Glasschmelze; DOLLAR A - mit einer Mehrzahl von Rührern; DOLLAR A - mit einem Rührbehälter in Gestalt eines Tiegels oder eines Topfes oder einer Rinne oder einer geschlossenen Leitung zur Aufnahme der Rührer; DOLLAR A - jeder Rührer weist einen Antrieb auf; DOLLAR A - wenigstens einer der Antriebe weist eine Steuereinrichtung zum Steuern der Drehrichtung und/oder der Drehzahl der Antriebe auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchrühren eines fließfähigen Mediums, insbesondere eine Glasschmelze. Solche Vorrichtungen sind häufig Bestandteil von Anlagen für das Erschmelzen, das Homogenisieren, das Konditionieren oder das Läutern von anorganischen Substanzen, vor allem von Glas. Eine solche Anlage umfasst im allgemeinen eine Schmelzwanne, einer dieser nachgeschaltete Läuterwanne sowie die hier in Rede stehende Vorrichtung, die der Homogenisierung oder dem Konditionieren dient.
Die Vorrichtung selbst umfasst als wesentliche Bestandteile einen Rührbehälter, zum Beispiel einen Tiegel sowie einen Rührer, der in das im Rührbehälter befindliche Bad eintaucht.
Der Rührer ist im allgemeinen stabförmig und vertikal angeordnet. Er umfasst einen Schaft sowie in seinem unteren Bereich einen Kern, der in der Regel völlig von der Schmelze umgeben ist. Der Kern ist im allgemeinen mit Rührerflügeln bestückt.

WO 9615071 A beschreibt die Homogenisierung von Glasschmelze mittels eines Rührers in einer Rührzelle. Dabei wird die Schmelze dadurch homogenisiert, dass die Richtung des Schmelzenstromes in der Rührzone durch die Rotation des Rührers ständig geändert wird. DD-298767A beschreibt eine Rührvorrichtung mit
einem Rührer, der in ein zylindrisches Mischgefäß eintaucht. Der Rührer ist in zwei Rührarme unterteilt. Der Eintauchpunkt der beiden Rührarme in die Schmelze liegt dabei außerhalb der Symmetrieachse des Mischgefäßes.

SU-914510 B beschreibt eine Rühreinrichtung mit einem Rührer, der ein kegelstumpfförmiges Ende aufweist, dessen kleinerer Durchmesser sich unten befindet, und dessen größerer Durchmesser sich im Bereich des Spiegels der Schmelze befindet. Dieser kegelige Kern des Rührers weist Flügel auf, die der Glasschmelze eine Aufwärtsströmung verleihen. Dies soll zu einem Durchmischen von Oberflächenschichten führen.

DE 19 806 543 beschreibt eine Rühreinrichtung mit zwei nebeneinander angeordneten Rührern, deren Flügel um 90 Grad versetzt angeordnet sind.

EP 1 092 469 beschreibt eine Rühreinrichtung mit drei oder mehreren Rührern. Dabei sind die Rührer symmetrisch zu einer Mittelachse in gleichmäßigen Abständen angeordnet. Die Rührerflügel überlappen sich gegenseitig.

DE 3 737 683 beschreibt einen Rührer mit schraubenförmig angeordneten Rührerflügeln. Weitere Druckschriften, die Rührergeometrien und Anordnungen beschreiben, sind die Folgenden: JP 10-265 227, JP 4-160 018, JP 10-265 226, JP 64-69 529, DE 4 440 704 , DE 4 343 113 , JP 2001-270 718, JP 2001-72 426.

JP 2-252 626 beschreibt eine Vorrichtung mit einer sehr aufwendigen Rührergeometrie. Es handelt sich hierbei um eine Konstruktion aus mehreren, miteinander verbundenen, schräg angeordneten Einzelblechen, die unter bestimmten Winkeln angeordnet sind. Ebenfalls beschrieben ist die Anordnung mehrerer Rührteile in Folge.

EP 0 770 582 beschreibt eine Anordnung aus zwei Rührern bzw. Rührerpaaren. Die Rührer eines Paares laufen in einander entgegengesetzten Richtungen um.

DE 4 446 574 beschreibt eine Steuerung der Rührerdrehzahl in Abhängigkeit von der Glastemperatur.

Die bisher bekannten Vorrichtungen zum Homogenisieren arbeiten nicht immer befriedigend. So kann man immer wieder beobachten, dass sich die Schlieren in der Rührzone verjüngen und mehr oder minder abbauen, dass sie sich jedoch nach Verlassen der Rührzone wieder verstärken. In einem solchen Falle muss die Drehzahl des Rührers erhöht werden. Dies kostet jedoch mehr Energie und führt auch nicht immer zum Ziel. Es hat außerdem weitere Nachteile. Die Rührer sind mit zunehmender Drehzahl anfällig gegen Verformung. Insbesondere die Rührerflügel unterliegen einer größeren Verformung. Die Standzeiten der Rührer, der Rührerlager und der zugeordneten Antriebe sind verringert.

Abgesehen von diesen mechanischen Nachteilen wird die Sogwirkung im Rührbereich an der Tiegeloberfläche gesteigert. Dabei besteht die Gefahr des Einzugs von Atmosphäre über die Glasoberfläche, des gleichen die Bildung von Blasen aufgrund des verminderten Druckes an der Rückseite der Rührflügel.

Ein besonderes Problem bei der Glasherstellung stellen Inhomogenitäten dar. Diese führen im Endprodukt zu Störungen und Fehlern. Sie haben ihren Ursprung in unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung oder unterschiedlicher Temperaturgeschichte voneinander benachbarten Glasschichten. Inhomogenitäten können nahezu an jeder Stelle des Herstellungsprozesses entstehen.

Zum Vermeiden von Inhomogenitäten hat man schon alle möglichen Maßnahmen ergriffen – siehe die oben genannten Druckschriften. Zu solchen Maßnahmen gehören hauptsächlich Anordnungen mehrerer Rührer, z.B. in einer Reihenschaltung.

Besondere Probleme bereiten zähe Glasschmelzen oder Glasschmelzen, die aufgrund ihrer Zusammensetzung zur Entglasung oder zur Kristallisation neigen. Hierbei bedeutet jedes Volumenelement, das nicht an der von dem Rührer erzeugten Bewegung teilnimmt, ein Problem. Kristalle wachsen nämlich bevorzugt in ruhenden Zonen. Nach Erreichen einer bestimmten Größe werden sie von der Strömung mitgenommen und nicht mehr vollständig aufgelöst, so dass sie Bestandteil des Endproduktes werden und damit dessen Qualität verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchführen und Konditionieren eines fließfähigen Mediums, insbesondere einer Glasschmelze derart zu gestalten, dass sie ihre eigentlichen Aufgaben – nämlich das Konditionieren, Homogenisieren, Vermeiden bzw. Reduzieren von Glasfehlern wie z. B. Blasen oder Schlieren sowie die Vermeidung von Strömungs-Totzonen – besser erfüllt als bekannte Vorrichtungen. Außerdem soll die Vorrichtung in geringerem Maße als bekannte Vorrichtungen den mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

So können sich die einzelnen Rührer bezüglich ihrer Gestalt voneinander unterscheiden, bezüglich ihrer Betriebsweise sowie bezüglich ihrer Anordnung. Der Erfolg der Homogenisierungswirkung der Vorrichtung wird dabei bestimmt durch das Zusammenspiel aus Geometrie der Rührer, der Drehzahl, der Drehrichtung, dem gegenseitigem Abstand zweier einander benachbarter Rührer und dem Abstand der Rührflügel zur Wandung der Rührzelle.

Hiermit lassen sich folgende Möglichkeiten realisieren:

• Wechsel der Drehrichtung aller Rührer in regelmäßigen Zeitabständen, bevorzugt zwischen 0,25 und 2 Stunden
• Wechsel der Drehrichtung einzelner Rührer in regelmäßigen Zeitabständen, bevorzugt zwischen 0,25 und 2 Stunden; die anderen Rührer behalten ihre Drehrichtung bei
• Wechsel der Drehrichtung einiger oder aller Rührer in unregelmäßigen Zeitabständen
• Wechsel der Drehrichtung einzelner Rührer in unregelmäßigen Zeitabständen; die anderen Rührer behalten ihre Drehrichtung bei
• Beeinflussung der Drehrichtung manuell oder über elektronische Steuerung mit vorher festgelegtem Ablauf der Richtungsänderungen oder mit einem online mitlaufenden Zufallsgenerator
• Wechsel der Drehzahl aller Rührer in regelmäßigen Zeitabständen, bevorzugt zwischen 0,1 und 2 Stunden
• Wechsel der Drehzahl einzelner Rührer in regelmäßigen Zeitabständen, bevorzugt zwischen 0,1 und 2 Stunden; die anderen Rührer behalten ihre Drehrichtung bei
• Wechsel der Drehzahl einiger oder aller Rührer in unregelmäßigen Zeitabständen
• Wechsel der Drehzahl einzelner Rührer in unregelmäßigen Zeitabständen; die anderen Rührer behalten ihre Drehrichtung bei
• Beeinflussung der Drehzahl manuell oder über eine elektronische Steuerung mit vorher festgelegtem Ablauf der Drehzahländerungen oder durch einen online mitlaufenden Zufallsgenerator

Dabei sind beliebige Kombinationen aus den vorstehenden Möglichkeiten denkbar.

Die Drehzahlen und die Drehrichtungen lassen sich manuell oder über eine elektronische Steuerung mit vorher festgelegtem Ablauf der Drehzahl- und Richtungsänderungen oder durch einen online mitlaufenden Zufallsgenerator beeinflussen.

Durch die beschriebenen Möglichkeiten wird ein kontinuierlicher Austausch des gesamten Glasvolumens im Kanal oder Rührtiegel erreicht. Durch den Wechsel von Drehzahl und Drehrichtung werden immer wieder neue Strömungsprofile mit veränderten Glasvolumen erzeugt. Die Bildung von Strömungs-„Totbereichen", die nicht an der Rührwirkung teilhaben, wird dadurch vermieden. Probleme mit Kristallisation sowie das Durchziehen von Schlieren im Randbereich können vermieden werden. Es wird eine bessere Homogenisierung der Temperatur erreicht.

Durch den regelmäßigen Wechsel von Drehzahl und/oder Drehrichtung können die erforderlichen Drehzahlen deutlich verringert werden. Somit können auch zähe Gläser mittels dieser Methode homogenisiert werden.

Die Rührer können aus keramischem Material oder aus Edelstahl oder aus Edelmetall oder aus Edelmetall-Legierungen oder aus Kombinationen solcher Materialien bestehen. Eine Möglichkeit der Herstellung einer Variabilität besteht oft darin, die einzelnen Rührer aus unterschiedlichen Materialien herzustellen und mit unterschiedlichen Oberflächen zu versehen.

Außer den genannten Vorteilen bringt die Erfindung noch einen weiteren Vorteil:
Der Vorgang des Homogenisierens wird durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Vorrichtung sowie durch deren intelligentes Betreiben effizienter. Es werden Strömungstotzonen vermieden. Dies kann zu Verminderungen der Drehzahl führen. Dies bedeutet auch, dass weniger Antriebsenergie aufgewandt werden muss, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Dies bedeutet aber zugleich, dass die mechanische Belastung der Rührer geringer als bei konventionellen Vorrichtungen ist. Insbesondere treten kleinere mechanische Belastungsspitzen auf, als seither. Dies betrifft beispielsweise die Deformation der Rührerflügel sowie die Belastung der Rührerlager und der Antriebe. Die eingesetzten Rührer erreichen längere Laufzeiten. Auch kann die Sogwirkung der Rührer an der Oberfläche der Schmelze minimiert werden, was zu einer geringeren Gefahr des Einzuges von Atmosphäre über die Glasoberfläche führt.

Claims

Vorrichtung zum Durchrühren, Homogenisieren oder Konditionieren einer Glasschmelze; 1.1 mit einer Mehrzahl von Rührern; 1.2 mit einem Rührbehälter in Gestalt eines Tiegels oder eines Topfes oder einer Rinne oder einer geschlossenen Leitung zur Aufnahme der Rührer; 1.3 jeder Rührer weist einen Antrieb auf; 1.4 wenigstens einer der Antriebe weist eine Steuereinrichtung zum Steuern der Drehrichtung und/oder der Drehzahl der Antriebe auf.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Gestaltung der Steuereinrichtungen, dass diese einzelnen Antrieben oder Gruppen von Antrieben zeitlich unterschiedliche Befehle erteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Befehle voneinander unterscheiden, so dass wenigstens einer der folgenden Betriebszustände hergestellt wird: • Wechsel der Drehrichtung aller Rührer in regelmäßigen Zeitabständen, bevorzugt zwischen 0,25 und 2 Stunden • Wechsel der Drehrichtung einzelner Rührer in regelmäßigen Zeitabständen, bevorzugt zwischen 0,25 und 2 Stunden; die anderen Rührer behalten ihre Drehrichtung bei • Wechsel der Drehrichtung einiger oder aller Rührer in unregelmäßigen Zeitabständen • Wechsel der Drehrichtung einzelner Rührer in unregelmäßigen Zeitabständen; die anderen Rührer behalten ihre Drehrichtung bei • Beeinflussung der Drehrichtung manuell oder über elektronische Steuerung mit vorher festgelegtem Ablauf der Richtungsänderungen oder mit einem online mitlaufenden Zufallsgenerator • Wechsel der Drehzahl aller Rührer in regelmäßigen Zeitabständen, bevorzugt zwischen 0,1 und 2 Stunden • Wechsel der Drehzahl einzelner Rührer in regelmäßigen Zeitabständen, bevorzugt zwischen 0,1 und 2 Stunden; die anderen Rührer behalten ihre Drehrichtung bei • Wechsel der Drehzahl einiger oder aller Rührer in unregelmäßigen Zeitabständen • Wechsel der Drehzahl einzelner Rührer in unregelmäßigen Zeitabständen; die anderen Rührer behalten ihre Drehrichtung bei • Beeinflussung der Drehzahl manuell oder über eine elektrische Steuerung mit vorher festgelegtem Ablauf der Drehzahländerungen oder durch einen online mitlaufenden Zufallsgenerator.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass den Steuereinrichtungen ein Zufallsgenerator zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Rührer bezüglich Größe oder Gestalt von den anderen Rührern verschieden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührer in unterschiedlichen gegenseitigen Abständen im Strömungsweg angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührer Drehachsen aufweisen, die gegeneinander geneigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage wenigstens eines Rührers während des Betriebes veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Rührer oder ein Flügel eines Rührers entlang seiner Drehachse verschiebbar ist.