DE1052076B - Verfahren zum geregelten Fertiggluehen eines Glasbandes - Google Patents
Verfahren zum geregelten Fertiggluehen eines GlasbandesInfo
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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
eines Glasbandes
Anmelder:
Pittsburgh Plate Glass Company,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Vertreter: Dr. W. Beil, Rechtsanwalt,
Frankfurt/M.-Höchst, Antoniterstr. 36
Frankfurt/M.-Höchst, Antoniterstr. 36
Florian Victor Atkeson, Springdale, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
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-
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
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
Grenze in Poisen
Typisches
Tafelglas
Tafelglas
71,57%
13,13%
11,62%
2,54%
0,72 %
0,12%
0,12%
0,20 %
557° C
1Q13.0
Typisches
Fensterglas
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
Grenze in Poisen
Typisches
Tafelglas
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 (6)
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 -
809 768/135
H) 5 2.07
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.
Deutsche Patentschrift Nr. 635 193;
französische Patentschrift Nr. 532 564.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
© 809 768/135 2.59
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