DE1052076B

DE1052076B - Verfahren zum geregelten Fertiggluehen eines Glasbandes

Info

Publication number: DE1052076B
Application number: DEP16275A
Authority: DE
Inventors: Florian Victor Atkeson
Original assignee: Pittsburgh Plate Glass Co
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1956-04-23
Filing date: 1956-05-15
Publication date: 1959-03-05
Also published as: NL206950A; BE547830A; US2774190A; FR1152749A; GB800945A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Spannungsfreiglühen von Glas und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zur praktisch gleichmäßigen Regelung der Temperaturen des abzukühlenden Glases, während es durch den Glühbereich geht, um ihm die gewünschten Glaseigenschaften zu verleihen.

Eine besondere Anwendung der Erfindung wird hier in Verbindung mit einer der üblichen senkrechten Fensterglasziehmaschinen gezeigt, wobei das Spannungsfreiglühen der Glasscheiben verbessert wird, indem man die Temperaturänderungen des Glases teilweise regelt, während es in der erfindungsgemäßen Weise unter genauer Regelung aus dem geschmolzenen Zustand zu dem fertigen Erzeugnis verarbeitet wird. Die Anwendung der Erfindung bei einem waagerechten Glühofen wird ebenfalls an Hand einer Abänderungsform des Haupterfindungsgegenstandes näher erläutert.

Verfahren zum Abkühlen von Gas sind altbekannt, und Beschreibungen davon und von den verwendeten Vorrichtungen zur Behandlung des Glases unter verschiedenen Bedingungen finden sich in früheren diesbezüglichen Patentschriften. Die theoretisch günstigen Glühkurven für verschiedene Zusammensetzungen und Formen von Glas können leicht vorausberechnet werden; in der Praxis ist man bisher auf große Schwierigkeiten gestoßen, wenn man die gewünschten Ergebnisse zu erreichen versuchte. Diese Schwierigkeiten wurden noch erheblich größer, wenn man versuchte, die gewünschten Ergebnisse bei einer Fensterglasziehmaschine zu erreichen, deren notwendige bauliche Eigenarten eine genaue Regelung der Temperatur unmöglich machten. Dies ist besonders deshalb der Fall, weil für das Spannungsfreiglühen des Glases nur eine Laufstrecke von wenigen Metern durch die Maschine zur Verfügung steht.

Der Zweck der verbesserten Geschwindigkeitsregelung bei der Abkühlung der Glasscheiben oder Glasbänder während des Ziehens und Kühlens ist die Herstellung solchen Glases, das nur möglichst wenig quer gekrümmt ist und günstige optische Eigenschaften auf Grund möglichst gleichmäßiger Scheibenstärke, eine möglichst überall gleichmäßige Verteilung der verbleibenden Spannungen und gute Schneidbarkeit zeigt.

Es wurde nun gefunden, daß die im abgekühlten Glas vorhandene Restspannung eine Funktion, derjenigen Zeitspanne ist, während deren sich das Glas innerhalb des Bereichs seiner Glühtemperatur befindet, sowie der Verfahrensart, nach der es in diesem Bereich abgekühlt wird. Es gibt einen günstigsten. Bereich restlicher Spannungen im Glas, bei dem das Glas sich am besten schneiden läßt. Hohe Spannungs-

Verfahren zum geregelten Fertigglühen
eines Glasbandes

Anmelder:

Pittsburgh Plate Glass Company,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Beil, Rechtsanwalt,
Frankfurt/M.-Höchst, Antoniterstr. 36

Florian Victor Atkeson, Springdale, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

werte können zu übergroßen Schwierigkeiten beim Schneiden führen, indem ein laufender Bruch zu sehr dazu neigt, von der durch ein Schneidwerkzeug angerissenen Linie abzuweichen. Zu niedrige Spannungswerte zeigen, daß das Glas zu stark nachgeglüht ist; es wird dann als »leblos« bezeichnet und ist in diesem Zustand ebenfalls schwer zu schneiden,

Obwohl es wünschenswert ist, das gezogene Glas mindestens kurze Zeit innerhalb des Glühbereichs zu halten, so beeinflußt doch die Geschwindigkeit, mit der das Glas sowohl ober- wie auch unterhalb des Glühbereichs gekühlt wird, nicht wesentlich die in dem abgekühlten Glas vorhandenen restlichen Spannungen. Es hat sich gezeigt, daß die Ebenheit des fertigen Glases verbessert wird, indem man das Wärmegefälle innerhalb des gezogenen Glases sowohl von Rand zu Rand wie auch von Fläche zu Fläche vermindert, und daß die durch die Abkühlung des Glases beim Glühen entstehenden Spannungen sich auf ein Mindestmaß verringern lassen, wenn man das Wärmegefälle zwischen Mitte und Oberfläche genau regelt.

Ein.Hauptziel der Erfindung ist die Abkühlung von Glasbändern durch verbesserte Regelung der Geschwindigkeit, mit der das Glas durch die verschiedenen Temperaturgebiete hindurch abgekühlt wird, und insbesondere die Erzeugung einer für das Schneiden günstigsten Spannung dabei in dem fertigen Glas. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Anordnung einer Glühzone für die Abkühlung des Glases, in der die Geschwindigkeit der Glaskühlung so geregelt wird, daß das Glas von seinem geschmolzenen Zustand sehr schnell bis auf eine Temperatur gekühlt wird, die etwa an der oberen Grenze des Glühbereichs liegt; es wird an dieser oberen Grenze kurze Zeit gehalten,

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dann langsam, aber mit-etwas höherer Geschwindig- Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang den

keit durch den Glühbefeich hindurch abgekühlt und '·'' Linien 6-6 der Fig. 5.

schließlich unter diesem Bereich verhältnismäßig Um die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erschnell fertiggekühlt, um ein abgekühltes Glas mit der reichen, regelt man die Kühlung des gezogenen Glases gewünschten Verteilung .der .restlichen Spannung zu 5 derart, daß das Glas von seinem geschmolzenen Zuergeben. . ...·.. stand bis auf die obere Grenze des Glühbereichs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur geregelten schnell und gleichmäßig und dann durch seinen ganzen Abkühlung eines Glasbandes, wobei man ein konti- Glühbereich hindurch in solcher Weise abgekühlt wird, nuierliches Glasband aus einem Glaschmelzbad formt, daß es in einwandfreier Weise so weit von Spandieses durch eine Vorkühlzöne führt, bevor- das Glas io nungen befreit wird, daß es bei der folgenden Weiter-' bis an die obere Grenze der Glühtemperatur abgekühlt verarbeitung leicht schneidbar ist.
ist, dann die Temperatur in dieser Kühlzone durch Man bringt die Temperatur einer Glasscheibe zuerst Hindurchleitung eines flüssigen Kühlmittels durch schnell und gleichmäßig auf die obere Grenze des Rohre beiderseits des bewegten Glasbandes in in- Glühbereichs durch Anordnung einer Vielzahl von direktem Wärmeaustausch mit dem Glasband regelt, 15 Kühlern und Differentialkühlern; letztere sind mit und daß man, soweit nötig, selektiv und regelbar be- wassergekühlten Rohren und Heizelementen ausnächbarte, die in der Querrichtung beiderseits des gestattet und werden weiter unten noch näher beBandes liegenden. Teile erwärmt, um die Wirkung zu schrieben. Ihre Kühlwirkung wird durch elektrische reichlicher Kühlmittelzufuhr auszugleichen und so die Stromkreise geregelt. Jeder Stromkreis enthält ein auf Oberflächen des Glasbandes~über dessen ganze Breite 20 infrarote Strahlung ansprechendes Schalt- oder Regehinweg bis an die obere Grenze seines Glühbereichs lungsmittel, das auf einen Teil der Oberfläche der aufgleichmäßig abzukühlen: Dajan-führt man das gekühlte ' steigenden Glasscheibe gerichtet ist, um den Strom-Band durch eine AüsgleicFiszöne, während man die durchfluß durch einen Widerstandserhitzer zu regeln. Oberflachenteile beiderseits.'"des Glasbandes auf einer Zusätzliche regelbare Heizelemente sind auch in Glühtemperatur hält, die etwa an der oberen Grenze 25 dem Bereich vorgesehen, in dem die Glastemperatur des Glühbereichs liegt, um das'Wärmegefälle zwischen innerhalb des Glühbereichs liegt. Jedes der auf Wärme der Mitte und den Oberflächen des Glases möglichst ansprechenden Regelungsmittel hierfür ist auf einen gering zu halten, und schließlich führt man das Band anderen Flächenteil derjenigen Ebene gerichtet, die die durch eine weitere Glühzone; wo seine beiderseitigen Laufstrecke der Glasscheibe bestimmt, und ist einOberflächen allmählich immer schneller gekühlt 30 gestellt auf Einhaltung der für die Glasscheibenfläche werden, während man für"emen Ausgleich der Ober- dieses Flächenteils gewünschten Temperatur. Durch flächentemperaturen quer über, das Band und zwischen diese Einrichtung kann die Glasscheibe eine bestimmte den beiden Seiten sorgt, -derart, daß die Glasober- Zeitspanne auf einer bestimmten Temperatur gehalten flächen gleichzeitig auf die.untere Grenze des Glüh- werden, etwa auf derjenigen an der oberen Grenze bereichs gekühlt werden und das Wärmegefälle 35 ihres Glühbereichs (beispielsweise 550° C), um einen zwischen der Mitte und den Oberflächen in den da- Temperaturausgleich im Glas über seine ganze Stärke zwischenliegenden Teilen in gleichmäßiger Weise zu- zu gestatten. Die Scheibe wird dann durch ihren Glühnimmt. . . bereich hindurch und noch darunter nach der gün-

Die Erfindung wird nachstehend zum besseren Ver- stigsten Kühlkurve abgekühlt, während sie ihre Aufständnis noch durch die folgende Beschreibung einer 40 wärtsbewegung fortsetzt. Die Kühlung unterhalb des typischen Ausführungsform an Hand der Zeichnung Glühbereichs kann man durch Verwendung zusätznäher erklärt werden, die jedoch nicht Gegenstand der licher Kühlelemente beschleunigen. Die Endspannung Erfindung ist. Hierin ist des so geglühten Fensterglases beträgt dann etwa 20

Fig. 1 eine teilweise schematische Seitenansicht bis 30% derjenigen, die in einem Fensterglas voreiner typischen baulichen Ausführung der Steuer- 4-5 handen ist, das auf Maschinen ohne Temperaturregeelemente, die zur Regelung der Temperatur der Glas- lung hergestellt worden ist.

scheiben dienen, wenn diese senkrecht nach oben ge- In Fig. 1, 2 und 3, die einen senkrechten Glühofen

zogen werden; zeigen, wird nach den heute üblichen Ziehverfahren

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, gesehen im eine Glasscheibe 10 aus einem Glasschmelzbad 11 nach

rechten Winkel zur Ansicht der Fig. 1; 50 oben gezogen, das in einem Ziehbad enthalten ist. Un-

Fig. 3 ist eine ins einzelne gehende. Querschnitts- mittelbar über der Glasschmelze sind übliche Kühlansicht einer Kühlereinrichtung zum schnellen Ab- einrichtungen, wie Kühler 12, Kleinkühler 13 und kühlen der senkrecht aufwärts bewegten Glasscheibe wassergekühlte Auffangwannen 14, angeordnet,
von ihrer Schmelzbadtemperatur nach dem oberen Ge- Eine Reihe von neuartigen Differentialkühlern 15 biet des Glühbereichs, das ein neuartiges Bauelement 55 ist zusätzlich angeordnet, die mit einer Reihe von einer typischen Ausführungsform nach vorliegender wassergekühlten Rohren 16 und einer Reihe von Heiz-Erfindung darstellt; elementen 18 versehen ist, um eine genügende Kühlung

Fig. 4 ist ein Diagrammblatt, das eine ideale Ab- zu erreichen, damit das senkrecht nach oben gezogene kühlungskurve zeigt, worin die Temperatur der Ober- Scheibenglas eine bestimmte Temperatur erreichen flächen der nach oben gezogenen Glasscheibe mit ihrer 60 kann, nämlich die obere Grenze seines Glühbereichs, senkrechten Lage in einem senkrecht angeordneten etwa 550° C, und dies in einer gewünschten Höhen-Glühofen während ihrer Aufwärtsbewegung im Ofen lage, beispielsweise zwischen dem ersten Paar 21 und verglichen wird; dem zweiten Paar 22 einer Reihe von Ziehrollenpaaren

Fig. 5 ist eine teilweise sinnbildlich dargestellte An- 21 bis einschließlich 27, und zur Sicherung eines Minsicht von Teilen eines waagerechten Glühofens, der 65 destwärmegef alles über die Breite hinweg und durch mit Temperaturregelungselementen versehen ist, um die ganze Stärke der Glasscheibe 10 hindurch in dieser die Temperatur einer in waagerechter Richtung be- Höhenlage.

wegten Glasscheibe zu regeln, wenn diese an verschie- Die in den Differentialkühlern 15 befindlichen Heiz-

denen Maßstellen innerhalb des Glühofens vorbeigeht, elemente 18 sind, wie allgemein in Fig 1, 3 und 4 bei

die erfindungsgemäß angeordnet sind; 7° 18 und 18' gezeigt ist, in zwei Gruppen von drei un-

abhängig voneinander geregelten Stromkreisen angeordnet. In Fig. 2 sind die dritten Heizelemente 18 a, 18b und 18c der Stromkreise der Gruppe 18 gezeigt. Jede der zwei Stromkreisgruppen ist gegenüber einer Seite der aufsteigenden Scheibe 10 angebracht. Jedes der Heizelemente in jeder der drei unabhängig voneinander geregelten Gruppen ist zwischen abwechselnd damit angeordneten wassergekühlten Elementen oder Röhren 16 eingeklemmt, die durch dauernden Wasserdurchfluß gekühlt werden. Den einzelnen Heizelementen 18 a, 18 b und 18 c wird Strom zugeführt durch Betätigung auf Wärme ansprechender Reglerelemente, wie der auf Wärme ansprechenden Elemente 30 a, ZOb und 30 c, die auf die Glasfläche gerichtet sind und auf Wärme ansprechende Schaltmittel darstellen für die Durchleitung von Strom durch die einzelnen Heizelemente.

Die für diesen Zweck verwendeten, auf Wärme ansprechenden Elemente 30 sind durch eine Reihe von auf jeder Seite des Glases angeordneten Gruppen von öffnungen 29 auf die Glasfläche gerichtet. Die unterste Gruppe der auf Wärme ansprechenden Elemente 30 (Thermoelemente od. dgl.) ist auf diejenige Flächenteile der Glasscheibe gerichtet, die sich unmittelbar unterhalb der Rollen 21 befinden, und regelt die Stromzufuhr für die Heizelemente der Stromkreise 18.

Durch Teilung jeder waagerechten Gruppe von auf Wärme ansprechenden Elementen in drei unabhängig voneinander geregelte Stromkreise kann man die Temperatur des Mittelteiles und jedes Endteiles der senkrecht aufsteigenden Scheibenflächen selbständig an jeder Seite der senkrecht nach oben gezogenen Scheibe regeln. Hierdurch ist eine sehr genaue Einstellung der Temperatur des abzukühlenden Glases möglich. Das Temperaturgefälle von Rand zu Rand und von Fläche zu Fläche der Glasscheibe kann sehr klein gehalten werden. Auch die Höhe über dem Glasschmelzbad, bei der die senkrecht nach oben gezogene Scheibe eine an der oberen Grenze des Glüihtemperaturbereidhs liegende, vorherbestimmte Temperatur erreicht, wird geregelt.

Die auf Wärme ansprechenden Elemente enthalten besonders eingerichtete Filter, die nur auf infrarote Strahlung oder Wellenlängen von 4 bis 8 μ ansprechen. Für diese Wellenlänge ist Glas undurchsichtig, so daß das auf einen Flächenteil des Glases gerichtete, auf Wärme ansprechende Element nur auf die von der Glasoberfläche ausgestrahlte Temperatur reagiert und auf die an der anderen Seite der senkrecht nach oben geführten Glasscheibe befindlichen Heizelemente nicht •anspricht. Jedes der auf Wärme ansprechenden Elemente enthält einen Hohlspiegel, eine Thermosäule im Brennpunkt des Spiegels und einen Stromkreis, der durch Ansprechen auf die Thermosäule eingeschaltet wird zur Ausfilterung aller Strahlung mit Ausnahme des gewünschten 4- bis 8 μ-Wellenlängenbandes. Ein Diffusionsbandfilter ist zwischen den Spiegel und die Thermosäule geschaltet. Derartige Vorrichtungen sind in der Fachwelt wohlbekannt, und ihre Einzelheiten sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Sowie die Glasscheibe irgendwo zwischen dem ersten und zweiten Ziehrollenpaar in den Glühbereich eingetreten ist, wird ihre Temperatur durch sechs zusätzliche, jeweils waagerecht miteinander fluchtende Gruppen, auf Wärme ansprechender Elemente 32, 34, 36, 38, 40 und 42 geregelt, die in sechs verschiedenen Höhenlagen des senkrechten Glühofens angeordnet sind. Jede dieser waagerecht fluchtenden Gruppen hat ihr Gegenstück 32', 34', 36', 38', 40' und 42', das auf die Temperatur der entgegengesetzten Glasfläche an- -spricht. ■ Die auf Wärme ansprechenden Elemente regeln diejenigen Wärmemengen, die dem Glas in den verschiedenen Höhenlagen durch die Heizelementgruppen 31, 33, 35, 37, 39 und 41 zugeführt wird. Jede Heizelementengruppe hat drei elektrische Heizkörper gegenüber jeder Seite der aufsteigenden Glasscheibe. Die durch jedes Heizelement zugeführte Wärme wird durch einen selbständigen Stromkreis geregelt, der ein auf Wärme ansprechendes Element enthält, das vorher so eingestellt worden ist, daß es Wärme ίο zuführt, wenn die Temperatur der Glasoberfläche in dem Flächenbereich unter eine gewünschte Temperatur sinkt, auf den der Brennpunkt des zugehörigen, auf Wärme ansprechenden Elementes eingestellt ist. Auf Wärme ansprechende Elemente 32 α, 32 b und 32 c regeln die Strommenge, die den Heizelementen 31 α, 31 b und 31 c zugeführt wird, die an einem Randabschnitt liegen; der Mittelteil und der jeweilige andere Randteil einer Seite der senkrecht hochgezogenen Scheibe und eine gleichartige Anordnung von auf Wärme ansprechenden Elementen (nicht gezeigt) und Heizelementen ( nicht gezeigt) sind in derselben Ebene auf die entgegengesetzte Seite der Scheibe ausgerichtet. Ebenso regeln auf Wärme ansprechende Elemente 34a, 34 5 und 34 c den Strom, der den Heizelementen 33 a, 33 b und 33 c am nächsthöheren Pegel von öffnungen zugeführt wird, usw.

Die Regelung jeder Heizeinheit, ob sie nun zu den Differentialkühler 15 gehört und zum schnellen Kühlen des Glases auf die obere Temperaturgrenze des Glühbereiches dient oder zur Verlangsamung der Kühlung des Glases innerhalb des Glühbereichs, ist unabhängig von der Regelung für jede andere Einheit. In jeder Ebene, in der die Temperatur geregelt wird, sind also sechs selbständige Heizstromkreise vorhanden, um die Temperatur des durch diese Ebene wandernden Glases zu regeln. Durch sorgfältige Einstellung der einer Reihe von Heizelementen mit sättigungsfähigen Drosselspulen in jeder Ebene zugeführten Strommenge kann man das senkrecht nach oben gezogene Glas in ziemlich genauer Übereinstimmung mit der in Fig. 4 gezeigten idealisierten Abkühlungskurve herunterkühlen. In dieser Fig. 4 ist eine idealisierte Kühlungskurve für Fensterglas oberhalb, durch und unterhalb ihres Glühtemperaturbereichs gezeigt. Das Glas wird zunächst bis an die obere Grenze des Glühtemperaturbereichs heruntergekühlt bei einer Höhenlage, die der Lage der zweiten waagerecht ausgefluchteten Reihen von auf Wärme ansprechenden Elementen 32 und 32' entspricht, die zwischen dem ersten und zweiten Ziehrollenpaar 21 und 22 angeordnet sind. Die Abkühlung des gezogenen Glases erreicht man durch den Hauptkühler 12, den Kleinkühler 13 und die wassergekühlten Auffangwannen 14 sowie die im einzelnen in Fig. 3 gezeigten Differentialkühler 15. Es ist möglich, die Temperatur der senkrecht gezogenen Fensterglasscheibe nahe der oberen Grenze des Glühbereichs bis ungefähr in Höhe des dritten Ziehrollenpaares 23 zu halten, damit das Wärmegefälle innerhalb des Glases bei dieser Temperatur möglichst klein wird. Bei Glas mit einer Stärke von 3 mm sind nur 4,45 Sekunden erforderlich, bei 550° C das Temperaturgefälle zwischen Oberfläche und Mitte der Glasscheibe von ursprünglich 55° C auf 2,8° C zu vermindern. Dies ist erheblich weniger als die Zeit, die man für die senkrechte Bewegung des Glases durch denjenigen Teil des Glühofens braucht, der für den Temperaturausgleich zur Verfügung steht.

Oberhalb des dritten, Rollenpares 23 erhöht man die

Abkühlungsgeschwindigkeit allmählich so weit, daß die. Temperatur der aufsteigenden Glasscheibe die

niedrigste Temperatur des Glühbereichs ungefähr in der Höhe des sechsten Rollenpaares 26 erreicht. Die Abkühlungsgeschwindigkeit des Glases innerhalb des Glühbereichs wird sorgfältig durch die Einstellung der einzelnen auf Wärme ansprechenden Elemente geregelt.

Durch Aufrechterhaltung von mindestens sechs Heizstromkreisen, die alle unabhängig voneinander durch die Oberflächentemperatur der Glasscheibe an sechs verschiedenen. Stellen, die in der gleichen Ebene liegen, geregelt werden, und durch Anordnung der einzelnen Elektronenröhren, die jeden Heizstromkreis regeln, in der gleichen Höhenlage, wo sie auf die gleiche Temperatur ansprechen können, wird die Temperatur von einer Seite zur anderen und zwischen den Flächen der Scheibe gleichbleibend hoch gehalten, so daß nur geringfügige innere Spannungen auf Grund von Wärmegefällen innerhalb der Scheibe auftreten können und damit die Herstellung einer flachen . Fensterglasscheibe gewährleistet ist.

Einer der die günstigste Temperatur für das Glühen der aufsteigenden Glasscheiben bestimmenden Faktoren ist die Größe der Scheibe. Da die Breite der gezogenen Scheibe gleichgehalten wird, braucht als veränderliches Maß nur die Stärke der aus dem Schmelzbad gezogenen Scheibe in Betracht gezogen zu werden.

Die Geschwindigkeit, mit der die Scheibe gezogen wird, und die Temperatur, bei der sie gezogen wird, bestimmen, ihre Stärke. Im allgemeinen ändert sich, die Stärke umgekehrt zur Geschwindigkeit und Temperatur des Ziehens als eine logarithmische Funktion. Durch schnelle Abkühlung der Scheiben unmittelbar oberhalb des Schmelzbades kann man eine Scheibe von gegebener Stärke mit höherer Geschwindigkeit ziehen, als es bisher möglich war. Die Ziehgeschwindigkeit ist bisher ein die Menge des hergestellten Glases beschränkender Faktor gewesen. Durch Anwendung von Mitteln zur Beschleunigung der Ziehgeschwindigkeit kann man die Leistungsfähigkeit der Fensterglas herstellenden öfen erhöhen.

Da man zum Glühen einer dünnen Scheibe, die bei verhältnismäßig schnellem Ziehen entsteht, weniger Zeit benötigt als zum Glühen einer stärkeren. Scheibe, die bei langsamerem Ziehen entsteht, stimmen die Temperaturbereiche für das Glühen von Scheiben verschiedener Stärken im wesentlichen überein. Die Lage der kritischen Zone innerhalb des Ofens, die für das günstigste Glühen einer Glasscheibe durchschnittlicher Stärke erforderlich ist, weicht darum nicht allzusehr von der für die größten Veränderungen der Stärke des gezogenen Glases erforderlichen ab.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Betriebsweise ist der Glühtemperaturbereich genau dargestellt als eine kreuzschraffierte Fläche 50 unterhalb der Abkühlkurve. Die Fläche 50 ο stellt den Ausgleichsabschnitt der Glühzone dar, in dem man die Ofentemperatur dauernd nahe der oberen Grenze des Glühbereichs hält, um das Wärmegefälle zwischen der Mitte und den Außenflächen der aufsteigenden Scheibe möglichst klein zu halten. Die Fläche 50 b stellt den weiter abkühlenden Teil der Temperaturkurve dar. Die Wirksamkeit des Glühens entspricht der Gesamtfläche 50 unter angemessener Berücksichtigung der vorhergehenden Ausgleichsperiode 50 α und der Form des Kühlungsabschnittes 50 b.

Mit anderen Worten: Die Größe der verbleibenden Spannungen im geglühten Fensterglas ist eine umgekehrte Funktion derjenigen Zeit,.während deren das Glas innerhalb des günstigsten Glühtemperaturbereiches gehalten wird. Ferner verlängert sich die für die Erreichung eines günstigsten Spannungsbildes in der geglühten Glasscheibe erforderliche Zeit mit den zwischen Temperaturkurve, entlang deren das Glas tatsächlich geglüht wird, und der günstigsten Glühtemperaturkurve vorhandenen Temperaturabweichungen. Für industrielle Zwecke sollte der in Fig. 4 bei 50 gezeigte Temperaturbereich möglichst groß sein, mindestens so, daß ein, einwandfreier Ausgleich in möglichst

ίο kurzer Zeit erreicht wird.

Von großer Wichtigkeit ist auch, daß das Wanncgefälle über die Breite des Bandes hinweg möglichst gering ist und ebenso der Temperaturunterschied an den Oberflächen der Glasscheibe, da das Vorhandensein eines Wärmcgofälles sich in inneren Spannungen auswirkt, die zu einem Verziehen des Glasbandes führen können. Zur Erzeugung von Flachglas müssen deshalb Temperaturschwankungen beim Temperaturausgleich über die Breite hinweg und durch die Stärke

ao der Glasscheiben hindurch unbedingt so gering wie möglich sein.

Man hat festgestellt, daß es unnötig ist, das im Ausgleichsbereich 50 a in Fig. 4 hergestellte geringe Wärmegefälle zwischen Mitte und Oberfläche der

as Scheiben auch während der anschließenden Kühlung des Glases durch den in der Fläche 50 b dargestellten Glühbereich unverändert beizubehalten. Durch diese Entdeckung ist es möglich geworden, das Glasband durch seinen Glühtemperaturbereich hindurch in geregelter Weise zu kühlen, wobei das Glas eine viel kürzerer Strecke zurücklegt, als nötig wäre, wenn es über den gleichen Glühtemperaturbereich unter Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Wärmegefälles von Mitte zur Oberfläche des Glasbandes gekühlt werden müßte. Dabei treten praktisch keine schädigenden Auswirkungen auf, wie etwa Spannungserhöhungen, wenn das Gefälle zwischen Mitte und Oberfläche innerhalb bestimmter Grenzen zunimmt, während das Glas durch seinen Glühbereich hindurch abgekühlt wird.

Dieses Ergebnis wird vermutlich dadurch erzielt, daß bei der raschen Zunahme der Viskosität des Glases von der oberen nach der unteren Temperaturgrenze des Glühbereichs das richtige Arbeiten im oberen Teil des Glühtemperaturbereichs für die Erzeugung des gewünschten Spannungsbildes im Glas wichtiger ist als das im unteren Teil dieses Bereichs. Diese Geschwindigkeit der Viskositätszunahme im Laufe des Glühbereichs ist eine Exponentialfunktion.

Beispielsweise beträgt für typisches Tafel- und Fensterglas von folgenden chemischen Zusammensetzungen die Viskosität in Poisen an den oberen und unteren Grenzen, des Glühbereichs:

SiO₂

Na₂O

CaO

MgO

Na₂SO₄

NaCl

Fe₂O₃

Al₂O₃

,Obere. Grenze des Glühtemperaturbereichs

Viskosität an der oberen
Grenze in Poisen

Typisches
Tafelglas

71,57%

13,13%

11,62%

2,54%

0,72 %

0,12%

0,20 %

557° C

1Q13.0

Typisches
Fensterglas

72,65 % 13,18% 8,47 % 3,64 % 0,49 % 0,12% 0,12% 1,33 %

552° C

1Q12.9

> 2 07 6

Untere Grenze des Glühtemperaturbereichs

Viskosität an der unteren
Grenze in Poisen

Typisches
Tafelglas

502⁰C

Typisches Fensterglas

493° C

1Q15.2

Aus dieser Tabelle ergibt sich, daß die Viskosität um einen Faktor von 200 bis 300 zwischen den oberen und unteren Grenzen des Glühtemperaturbereiches zunimmt. Da Verzerrungen verursachende Restspannungen leichter in niedrigviskosem Glas entstehen können als in hochviskosem, ist die vergleichsweise Wichtigkeit des Wärmegefälles bei verschiedenen ■Temperaturen innerhalb des Glühbereichs deutlich ersichtlich.

Das Gefälle zwischen Mitte und Oberfläche, das in der Ausgleichungsfläche der in Fig. 4 gezeigten geregelten Kühlungskurve zuletzt erreicht wird, ist abhängig von der Stärke des geformten Glases. Die folgenden Zahlen gelten für eine typische Glasstärke im gezogenen Fensterglas. Für 3 mm starkes Fensterglas mit einem Wärmegefälle von 28° C zwischen Mitte und Oberfläche oberhalb des Glühbereichs läßt man dieses Gefalle von Mitte zu Oberfläche im Flächenteil 50a der Kurve auf 1,1 bis 1,7° C zurückgehen. Dieses Gefälle bleibt so, während das Glas langsam durch den oberen Teil des Glühbereichs hindurch abgekühlt wird, und nimmt dann allmählich mit wachsender Geschwindigkeit zu, während die Temperatur bis zur unteren Grenze des Glühbereichs sinkt. Das Wärmegefälle wird so geregelt, daß am unteren Ende des Glühbereichs das Wärmegefälle von Mitte zu Oberfläche 17° C nicht übersteigt.

Die Wärmegefälle zwischen Mitte und Oberfläche im Glas hat man durch Messung der Oberflächentemperatur und der Durchschnittstemperatur des Glases ermittelt. Aus diesem Wert wurde die Temperatur in der Mitte des Glases nach Differentialabgleichungen berechnet, die hierfür entwickelt worden sind, aber keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden.

Es versteht sich, daß eine vollständige Beseitigung eines Temperaturgefälles durch die Stärke des Glases von einer Oberfläche zur anderen nicht zweckmäßig ist, besonders wenn man versucht, die Scheibe aus dem Schmelzbad nach oben in eine Höhe zu ziehen, in der die günstigste Glühtemperatur des Glases in der kürzesten Zeit erreicht wird. Wenn man jedoch ein möglichst gleichmäßiges geringes Temperaturgefälle von der Vorder-und der Rückseite haben will, kann die Aufgabe der Erreichung einer Kühlwirkung auf das Glas derart vereinfacht werden, daß durch innere Beanspruchungen nur geringfügige Verziehungen und Inhomogenitäten des Glases entstehen können, und die Berechnung dieser günstigsten Kurve für verschiedene Stärken des ziehenden Glases ist verhältnismäßig leicht.

Die Fig. 5 und 6 zeigen einen typischen Glühofen, der mit Temperaturreglerelementen versehen ist, um die Temperatur eines waagerecht geförderten Glasbandes 10 zu regeln. Hierbei ist eine Vielzahl von Förderrollen 100 vorgesehen, um die Unterseite des waagerecht bewegten Glasbandes 10 zu tragen. Die Rollen bewegen das Band waagerecht durch eine erste Abteilung des Ofens, in der die Temperatur höher als die des Glühbereichs des Glases ist, dann durch eine zweite Abteilung des Ofens/in der die Temperatur innerhalb des Glühbereichs''·l's't; und schließlich durch eine dritte Abteilung, in der sie unter diesem Bereich

Hegt. ■'-■ - " .- ·

In der ersten Abteiltmg'des Ofens ist eineVielzahl von Differentialkühlern angeordnet, die allgemein mit 115 bezeichnet sind und unterhalb und oberhalb der Glasscheibe liegen. Die Differentialkühler 115 gleichen den Differentialkühlern 15, die bei dem senkrechten

ίο Glühofen gezeigt sind, und enthalten eine Reihe von wassergekühlten Rohren 116 und eine Reihe von elektrischen Heizelementen 118. Der Zweck der Differentialkühler 115 ist derselbe wie der der Differentialkühler 15. Die den Heizelementen 118 zugeführte Strommenge wird durch auf Wärme ansprechende Elemente 130 geregelt, die auf begrenzte Flächenteile der Glasoberfläche gerichtet' sind. Der durchgeleitete Strom heizt die Elemente 118, wodurch die Kühlwirkung der Kühlrohre 116 in der ersten Abteilung des Glühofens abgeschwächt werden kann. Die Menge der zugeführten Wärme ist nicht größer als die Menge der abgeführten.

Das Glasband kann dann in der dritten Abteilung des waagerechten Ofens sehr schnell heruntergekühlt werden, in der die Glastemperatur unterhalb des Glühbereichs der bewegten Glasscheibe liegt.

.'~ "'PaFKüKlrohr 116 und die Heizelemente 118 müssen

■^; im ganzen Ofen so in bezug auf die oberen und unteren Flächen des Glasbandes verteilt sein, daß die beiden einander gegenüberliegenden Glasseiten gleich schnell abkühlen. Dabei muß auch die Kühlwirkung der umlaufenden Förderrollen 100 auf die Temperatur der Glasscheibe in Betracht gezogen werden, wenn man die Kühlrohre und Heizelemente ober- und unterhalb der Glasscheibe in richtiger Weise verteilt.

Durch Erhöhung der Kühlgeschwindigkeit eines Glasbandes, das durch einen Glühofen geführt wird, in denjenigen Abteilungen des Ofens, in denen die Temperatur oberhalb oder unterhalb des Glühtemperaturbereichs für das Glas liegt, kann man die Länge des Ofens wesentlich verkürzen. Diese Verkürzung der Ofenlänge ermöglicht eine erhebliche Verbilligung des Betriebes eines Glaswerkes, da in den meisten Industriewerken Raumersparnis sehr wichtig ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum geregelten Kühlen eines endlosen Glasbandes, das aus einem Glasschmelzbad geformt worden ist, wobei man dieses Glasband durch eine Vorkühlzone führt, bevor das Glas auf den Glühtemperaturbereich abgekühlt worden ist, es dann durch eine Ausgleichzone führt, deren Temperatur an der oberen Grenze des Glühtemperaturbereichs liegt, um das Wärmegefälle zwischen der Mitte und den Oberflächen des Glases möglichst auszugleichen, worauf man das Glasband durch die Glühzone führt, um die Oberflächen auf beiden Seiten mit allmählich steigender Geschwindigkeit abzukühlen und sie allmählich bis an die untere Grenze des Glühtemperaturbereichs zu bringen, wobei das Temperaturgefälle zwischen der Mitte und den Oberflächen wieder zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur in der Vorkühlzone dadurch regelt, daß man ein strömendes Kühlmittel auf der Vorder- und der Rückseite des Glasbandes in indirektem Wärmeaustausch mit ihm vorbeiführt, und daß man die verschiedenen in der Längsrichtung des Bandes verlaufenden Zonen von der Vorder- und der Rück -

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seite des Bandes aus in den verschiedenen Wegabschnitten derart selektiv und regelbar erwärmt, daß eine übermäßige Kühlung des Glasba.ndes vermieden wird, indem man die Temperatur der XJragebung in^der..Nähe-i'seiner.'-Qberrläehe,. üben'«idie ganze Breite hinweg an der oberen Grenze seines Glühberßichs hält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Kühlzone zugeführte selektive und regelbare Wärme Strahlungsenergie ist, die aus gesonderten Quellen in Abschnitten der gegenüber Teilen der Glasoberfläche quer zum Band und an jeder Seite davon liegenden Kühlzone ausgestrahlt wird und auf die Glasfläche gerichtet ist, wobei die gesonderten Quellen der Strahlungsenergie durch getrennte Messung infraroter Strahlung auf jedem der genannten Teile der Glasoberflächen geregelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive und regelbar der Kühlzone zugeführte Wärme durch elektrische Heizung geliefert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme in der Vorkühlzone in der Nähe von zwei sich in der Querrichtung

gegenüberliegenden seitlichen und einem mittleren Teil des Bandes geliefert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasband bevorzugt in der Weise geformt wird, daß man es aus dem Schmelzbad nach oben zieht und weiter aufwärts durch die Vorkühl-, Ausgleich- und Glühzone führt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem die Kühlzone ein Paar in Abstand voneinander liegender Wände umfaßt, die etwa parallel zu der Ebene des bewegten Glasbandes liegen, sowie Kühlmittel, die beiderseits dieser Ebene liegen, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Heizelementen (18, 18') zur Ausstrahlung von Wärme .111 jeder dieser Wandungen, von denen wenigstens einige gruppenweise in der Querrichtung zur Bewegung des Bandes in der Kühlzone so liegen, daß sie etwaige ungleichmäßige Kühlwirkungen in der Querrichtung des Bandes, die durch die Kühlmittel verursacht werden, auszugleichen vermögen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 635 193;
französische Patentschrift Nr. 532 564.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen