DE1471840A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Ballotinen - Google Patents

Description

^%~' Aachen, den 6. Januar 1969

Patentanwalt Dr.-fng. Heinrich Scheller Aktenzeichens P 14 71 840.2

51 Aachen, Wilhelmstr. 33

Postfach !369 . Telefon 505049 , ^_n r,^^. ρ ^ ₆01 - 3169

GIAVERBEL, Watermael-Boitsfort (Belgien)

Priorität aus der luxemburgischen Patentanmeldung Nr. 45.925 vom 21. April 1964

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Ballotinen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Ballotinen, wobei man einen oder mehrere dünne Strahlen geschmolzenen Glases mit einem rotierenden Teil auffängt und durch Zentrifugalkraft in Teilchen zerteilt, die unter der Wirkung einer hohen Tempe-

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Neue Unterlagen (Art. 7 § I Abs. 2 Nr. I Salz 3 des Änderungsges. v. 4.9.19677

ratur kugelförmig und danach durch Abkühlung hart werden.

Die Benennung "Ballotinen¹¹ wird allgemein angewendet zur Bezeichnung von sphärischen Glaskugeln kleinen Durchmessers, üblicherweise γοη einem Bruchteil eines Millimeters.

Bei mehreren Verfahren zur Herstellung von Ballotinen werden Körner aus Glas, die man durch Vermählen, Einteilen und Aussieben erhalten hat, geschmolzen und in heißen Gasen in der Schwebe gehalten, wo sie kugelige Form annehmen, und danach abgekühlt. Diese Fabrikation ist kostspJ&Lig wegen der Vielfältigkeit der Arbeitsgänge: zweimaliges Schmelzen ist aufwendig in bezug auf Brennstoffe, feines Vermählen und Aussieben ist kostspielig im Hinblick auf Energie, Material und Wartung. Außerdem führt die Neigung der bei hoher Temperatur erweichten Teilchen, aneinander oder an den Wänden anzuhängen, zu einer Begrenzung der Ausbeute, der Produktionskapazität der Apparatur und der Qualität des Erzeugnisses.

Die Verfahren des Schmelzens von Körnern in einem rotierenden beheizten Zylinder unter Beimischung von das Anhängen verhinderndem Pulver haben aus denselben Gründen hohe Herstellungspreise und erfordern teure Pulver; sonst werden die erzeugten Ballotinen durch Einschlüsse geschwärzt.

Andererseits hat »an die Kosten für das Vermählen und Aussieben der Körner und für eine zweite Schmelzung zu ver-

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neiden gesucht, indem man versucht hat, eine Masse geschaoltenen Glases unmittelbar in kleine Teilchen zu zerteilen. Die Zerteilung durch Ultraschallschwingungen erfordert eine komplizierte Apparatur und ist kostspielig hinsichtlich elektrischer Energie. Die Zerteilung eines dünnen Strahles aus geschmolzenem Glas durch quer wirkende heiße Gasstrahlen oder durch einen senkrecht wirkenden Brenner ist schwierig und erfordert Tiel Brennstoff und Druckenergie. Die Teilung eines dünnen Strahles aus Glas, der auf eine annähernd waagerechte Fläche fällt, unter der Wirkung τοη Strahlen komprimierten Gases gestattet nur die Herstellung τοη Teilchen, die in ihrem Durchmesser unbedeutend und unregelmäßig sind.

Die Erfindung Termeidet diese Nachteile und weist darüber hinaus Vorteile auf, die weiter unten dargelegt werden.

Erfindungsgemäß fängt man den oder die dünnen Strahlen geschmolzenen Glases durch aufeinanderfolgende Arme des rotierenden Teiles auf, teilt sie dabei und führt die Stücke geschmolzenen Glases in Berührung mit diesen Armen mit, beTor man sie zerteilt. Die Teilung des Glases in Teilchen erfolgt somit in zwei Zeiten: Während der ersten Zeit werden die Glasstrahlen in bestimmte Elemente geteilt. Diese werden getrennt auf den Armen des rotierenden Teiles mitgeführt. Die Elemente breiten sich aus und hängen sich an die Arme an, auf welchen sie der Zentrifugalkraft unterworfen werden. Während der zweiten Zeit gelangt jedes Element an das Ende des betreffenden Armes und wird durch

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die Zentrifugalkraft ausgestoßen und so erneut in Teilchen geteilt« Diese fliegen mit großer Geschwindigkeit in den heißen Gasen eines abgeschlossenen Bauaes und nehmen dort durch die Wirkung der Oberflächenspannung kugelige Form an. Auf ihren Bahnen gelangen die Teilchen in einen kalten Raum, wo sie verfestigt und gesammelt werden.

Das erfindungsgeaäße Verfahren weist alle Vorteile derjenigen Verfahren auf, bei denen die Ballotinen durch Zerteilung geschmolzenen Glases gewonnen werden: Der erfindungsgeaäße Arbeitsgang weist jedoch nur eine Schmelzung auf, ist rasch ausführbar und wenig kostspielig: die Kosten für Veraahlen, Aussieben und sonstige Maßnahmen und für ^;eine zweite Schmelzung sind vermieden. Der Verbrauch an ielektrischer Energie ist sehr niedrig. Die Regelung der Menge geschmolzenen Glases und der Umfangsgeschwindigkeit erlauben darüber hinaus die Einstellung des Durchmessers und der Menge der erzeugten Ballotinen, Die Zerteilung des geschmolzenen Glases ist stark erleichtert durch die ausii setzende Berührung des Glasstrahles mit dem rotierenden Teil, das eine erste Teilung bewirkt, und dies gestattet eine Begrenzung der Behandlungstemperatur und eine Vermehrung der Stundenleistung. Die notwendige Wärmeleistung kann sehr reduziert werden, weil das Glas vorteilhafterweise bei den hohen Temperaturen zerteilt wird, die bei der Schmelzung angewendet werden, also ohne einen anderen thermischen Zusatz zu erfordern, als er eventuell vorgesehen ist, um die Verluste aii den Wänden auszugleichen. Man hat festgestellt,-daß die Bahnen der Teilchen eine mehr tangentiale und

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gleichbleibende lichtung haben, wenn sie ein mit radialen Armen versehenes rotierendes Teil verlassen, als wenn sie ein rotierendes Teil verlassen, dessen Rand eine kontinuierliche Kreislinie darstellt, d.h. beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die Winkelstreuung der Bahnen sehr klein. Daraus folgt, daß die Teilchen beim erfindungsgeaäßen Verfahren sich beim Verlassen des genannten Teiles unter besonders stabilen Bedingungen befinden. Man hat in der Tat festgestellt, daß die Durchmesser der erzeugten Ballotinen sich über eine begrenzte Abstufung verteilen, was eine besonders gute Qualität des Erzeugnisses darstellt. Aus dieser geringen Ausbreitung der Bahnen folgt außerdem, daß man, wenn man nicht eine Kammer bauen will, die sich über einen Winkel von 360° um die Eotationsachse erstreckt, einen sehr kompakten Apparat herstellen kann.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Ballotinen nach dem vorbeschriebenen Verfahren. Diese Vorrichtung wird nachstehend beschrieben. Sie umfaßt einen Behälter für geschmolzenes Glas, der mit Einrichtungen verbunden ist zur Bildung wenigstens eines dünnen Strahles aus geschmolzenem Glas, ein rotierendes Teil, das im Wege des oder der Strahlen angeordnet ist, Mittel ua diese bei der Botations mitzuführen und einen Raum, der geeignet ist, auf einer hohen Temperatur gehalten zu werden und wenigstens einen Teil des rotierenden Teiles und einen Teil des abgrenzenden Raumes umschließt. Erfindungsgeaäß ist das

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rotierende Teil mit Arsen versehen, die im Wege des oder der dünnen Strahlen aus geschmolzenem Glase angeordnet sind.

Die Arme des rotierenden Teiles sind vorteilhafterweise gebildet aus Drähten aus eines hochhitzebeständigen Metall, z.B. aus hochhitzebeständigem Stahl, oder aus Nickel, Molybden oder Wolfram und versehen mit Schichten zu· Schutz gegen Korrosion. Man hat festgestellt, daß die Abkühlung der Botationsachse, die wegen mechanischer Berührungen erforderlich ist, sehr leicht ist, weil der Wärmeverlust durch Leitung von der heißen Arbeitszone, die am Ende der Drähte gelegen ist, in Richtung auf den kalten Punkt der Achse begrenzt ist durch den Querschnitt der Drähte. Überdies widerstehen die Drähte gut mechanischen und thermischen Beanspruchungen: Sie können sich nicht leicht verbiegen oder verziehen, und die Zentrifugalkraft trägt dazu bei, sie geradlinig zu halten. Diese Konstruktion benötigt wenig Material, der Preis ist im Verhältnis niedrig ebenso wie die Spannungen, die durch die Zentrifugalkraft verursacht werden. Dieser Vorteil gestattet im übrigen eine Vergrößerung des Durchmessers des rotierenden Teiles und somit eine Vergrößerung der Produktion. Die hochhitzebeständigen Stähle sind günstig sowohl hinsichtlich ihres ausreichenden Widerstandes gegen verschiedene Agenzien wie auch hinsichtlich ihres vernünftigen Preises. Die anderen genannten Metalle sind noch widerstandsfähiger.

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Geaäß einer anderen Ausfükrungefon der Erfindung gibt ■an den Arsen des rotierenden Teiles die Fora von Flügeln. Man hat festgestellt, daß aan auf diese Weise eine größere Ausbreitung der Eleaente aus geschmolzenen Glas auf der Oberfläche der Arne erhält, und daraus ergibt sich eine Möglichkeit, die Menge des verarbeiteten Glases stark zu vergrößern» ohne daß aan den Durchmesser der erzeugten Ballotinen vergrößert. Die Flügel können aus denselben Metallen ausgebildet sein, wie sie für die Drähte verwendet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsfora der Erfindung ist der Arbeitsraum als ringförmige Kaaaer ausgebildet, die wenigstens einen Endteil der Arae enthält sowie den benachbarten Raua, der beiderseits der Mittelfläche liegt, die von den Araen bestrichen wird, wobei dann die Antriebsachse für das rotierende Teil außerhalb der ringförmigen Kaaaer gelegen ist in einea zentralen Gebiet, das von dieser uageben wird. Diese Anordnung gibt der Achse vollständigen Schutz vor der Hitze der Gase des Arbeit sraunes und veraindert beträchtlich ihre thermische Beanspruchung und die notwendige Kühlung. Die Konstruktion ist vereinfacht, und zwar sowohl in bezug auf die Achse selbst wie auch in bezug auf die Verbindung der Arae mit der Nabe und/oder der Habe ait der Achse.

Das rotierende Teil hat erfindungsgeaäß vorteilhafterweise Ausnehmungen in einem kranzförmigen Bereich, der durch

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einen kreisförmigen Schlitz geht, welcher zu diesem Zweck in der inneren Wandung des ringförmigen Eauaes angebracht ist. Diese Ausnehmungen werden benutzt, weil sie zusätzlich den thermischen Austausch zwischen den hocherhitzten Armen und der gekühlten Achse begrenzen, wobei dieser Austausch ii wesentlichen bewirkt wird durch die Leitung im rotierenden Teil im Falle der Verwendung einer ringförmigen Kammer. Biese Ausnehmungen können insbesondere dargestellt sein durch Zwischenräume zwischen den Armen und/oder durch Lochungen, die eigens vorgesehen sind in der Zone der Arme oder der Nabe, die sich in dem inneren Schlitz des ringförmigen Raumes befindet.

Die Erfindung weist noch weitere Vorteile auf, zu deren besserem Verständnis die nachfolgende Beschreibung dient.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt gemäß der Linie I-I in

Fig. 2 von einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt durch dieselbe Vorrichtung.

Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt von einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 4 und 5 sind Abwandlungen des rotierenden Teiles der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Apparatur.

Fig. 6 und 7 sind Vertikalschnitte von speziellen Formen des rotierenden Teiles.

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Bei den folgenden Ausführungen wird auf die Figuren Bezug genommen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Kammer 1 aus hochhitzebeständigem Material, die mit geschmolzenem Glas 2 mittels bekannter Einrichtungen gespeist wird. Der Boden 3 dieser Kammer ist durchbrochen von einer Abstichöffnung 4, die teilweise verschlossen ist durch eine Düsennadel 5» deren Stellung durch eine Einrichtung^ reguliert wird. Unter der öffnung 4 ist die Öffnung 7 angeordnet, die in der oberen Wand 8 einer dem Zentrifugieren dienenden Kammer 9 vorgesehen ist. Diese zwei Öffnungen sind verbunden durch ein Schutzrohr 10. In der dem Zentrifugieren dienenden Kammer ist das rotie^· rende Teil angeordnet, das gebildet wird aus einer Nabe und den radialen Drähten 12. Die Bezugsziffer 13 (Fig. 2) gibt die Stellung der Achse an, die vertikal durch die Öffnungen 4 und 7 geht. Diese Achse durchdringt die Ebene der Strahlen 12 an einem Punkt im Innern der Kreislinie, die durch die Enden der Strahlen 12 geht. Das rotierende Teil wird getragen von einer Achse 14, die mittels des Lagers 15 gelagert ist und die gekühlt wird durch einen Wasserkreislauf, der in den Rohren 16 und 17 endigt. Der Elektromotor 18 kann die Achse 14 antreiben unter Zwischenschaltung des Biemens 19. Die dem Zentrifugieren dienende Kammer 9 weist noch einen Brenner 20 auf, der in ihrer seitlichen Wand angeordnet ist, sowie eine Austrittsöffnung 21, die tangeniial angeordnet ist. Diese ist versehen mit Ziegelsteinen 22, 23 und 24, die ausgewechselt werden können, um die Abmessungen der Austrittsöffnung 25 zu regulieren. Gegenüber der letzteren befindet sich ein

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Trichter 26, unter dessen unterer Öffnung 27 ein Sammeltrog 28 angeordnet ist.

Der dünne Strahl 29 von geschmolzenem Glase, der durch die Öffnung 4 gebildet wird, wird aufgefangen durch die in flotation befindlichen Arme 12 und dabei in Elemente zerteilt, die in Berührung mit den Strahlen mitgeführt und der Zentrifugalkraft unterworfen werden. In der Nahe des Punktes 30 werden die Elemente ausgestoßen in die Atmosphäre der Kammer 9, die mittels des Brenners 20 auf hohe Temperatur gebracht und/oder darauf gehalten wird. Durch dieses Ausstoßen erneut geteilt nehmen die Elemente unter der Wirkung der Oberflächenspannung kugelige Form an, bevor sie die Austrittsöffnung 25 erreichen. Die so gebildeten Ballotinen 32 kühlen sich auf ihren Bahnen in freier Luft und in dem Trichter 26, wo sie schließlich gesammelt werden, ab auf eine Temperatur, bei der sie keine Beschädigung mehr erleiden können.

Bei einer der zahlreichen anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Apparatur (Fig. 3) wird das geschmolzene Glas 2 in einen kreisförmigen Kanal 1 geführt, dessen Boden 3 von mehreren Öffnungen 4 durchbrochen ist, die auf einer Kreislinie angeordnet sind und von denen jede mit einer Düsennadel 5 versehen ist. Die dem Zentrifugieren dienende Kammer 9 ist ringförmig, und die Achse 14 sowie die Nabe 11 sind außerhalb der Kammer gelegen in einem zentralen Raum, der von der Kammer umgeben ist, wo sie gegen die Wärme der Kammer geschützt sind. Das rotierende Teil ist in einem Schlitz 33 angeordnet, der teil-

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weise verschlossen ist mittels zweier Ringe 34 und 35, deren Höhe eingestellt werden kann. Die Ausgangsöffnung der KaMer 9 ist ebenfalls ringförmig, ebenso wie der Trichter 26, der dem Saaaeln der Bailotinen 32 nach ihrer Abkühlung in der freien Luft dient. Die Funktion ist analog derjenigen der Apparatur, wie sie in bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben ist, aber die Produktionskapazität ist viel größer. Man wählt zweckmäßig die Zahl der Drähte so, daß die geschmolzenen Glasteile über den ganzen Umfang des. rotierenden Teiles ausgestoßen werden.

Selbst wenn das rotierende Teil in dem Gebiet angeordnet werden kann, das in dem Schlitz 33 eines kontinuierlichen Bleches gelegen ist, kann man dort vorzugsweise gemäß der Erfindung Ausnehmungen vorsehen. Es ist dies der Fall, wenn die Arme Drähte 12 sind, die an einer Nabe 11 befestigt sind, deren Durchmesser kleiner ist als derjenige der Ringe 34 und 35, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Man kann auch ein rotierendes Teil mit Armen in Form von Flügeln verwenden. Man kann die Flügel formgestanzt ausbilden, aber es ist vorteilhaft, sie aus Blech herzustellen, beispielsweise durch einen geeigneten Schnitt eines kreisförmigen Bleches (Fig. 4 und 5). In Fig. 4,liegen die Flügel 36 in der Rotations&ene, aber in Fig. 5 sind die Flügel 37 um 90° gedreht und stehen senkrecht zur Rotationsebene des Bleches 38. In den Fig. 4 und 5 ist eine Kreislinie 39 gezeichnet, die den gleichen Durchmesser hat

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wie die Ringe 34 und 35. In Fig. 5 sind die oben erwähnten Ausnehmungen gebildet durch Lochungen 40 im Blech 38.

Es kann auch vorteilhaft sein, ein rotierendes Teil mit mehreren Etagen von Armen auszubilden, um soec die Produktion zu steigern. In Fig. 6 ist dargestellt eine Nabe 11 mit zwei Etagen von radialen Drähten 12.

Die Arme können auf jede passende Weise an der Nabe befestigt sein. Z.B. sind die Drähte 12 gemäß den Fig. 1, 2, 3 und 6 mit Gewinde versehen und in Gewindelöcher in der Nabe 11 geschraubt. Man kann sie auch einlöten oder einschweißen. Bei dem rotierenden Teil gemäß den Fig. 7 sind die Drähte 12 mit Köpfen 41 versehen, die durch Quetschung der Enden der Drähte hergestellt sind. Sie sindgelagert in Rillen 42 in der Nabe 11 und gehaltert durch die Umfangsflache des Teiles 43, das eine zentrale Spindel 44 trägt, die in der Nabe 11 festgeschraubt ist.

Alle diese Ausführungsformen der Vorrichtung sind als Beispiel beschrieben, und man verläßt nicht den Rahmen der Erfindung, wenn man Abwandlungen hineinbringt.

Alle Merkaale, die in der vorstehenden Beschreibung erwähnt und/oder in der Zeichnung dargestellt sind, sollen, sofern der bekannte Stand der Technik dies zuläßt, für sich allein oder in beliebigen Kombinationen oder Teilkombinationen als erfindungswesentlich angesehen werden, auch wenn sie in den Ansprüchen nicht enthalten sind.

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Claims (8)

Aachen, den 6. Januar 1969 Potentenwalt Aktenzeichen: P 14 71 840.2 ÄheiwtÄ Anmelder: GLAVBHBEL Postfach 1369 . Telefon 505049 ^^ Zeichen. ρ ^ Pat entansprüche

1) Verfahren zur Herstellung von Ballotinen, bei welchem man mit einem rotierenden Teil einen oder mehrere dünne Strahlen geschmolzenen Glases auffängt, die man durch Zentrifugalkraft in Teilchen zerteilt, die unter der Wirkung einer hohen Temperatur kugelig und danach durch Abkühlung hart werden, dadurch gekennzeichnet, daß man den oder die dünnen Strahlen geschmolzenen Glases auffängt und unterteilt durch aufeinanderfolgende Arme des rotierenden Teiles und daß man die Stücke geschmolzenen Glases in Berührung mit diesen Armen mitführt, ehe man sie zerteilt.

2) Vorrichtung zur Herstellung von Ballotinen nach dem Verfahren von Anspruch 1, umfassend einen Behälter mit geschmolzenem Glase, verbunden mit Einrichtungen zur Bildung wenigstens einen dünnen Strahles aus geschmolzenem Glas, ein rotierendes Teil, das im Wege des oder der dünnen Strahlen angeordnet ist, Mittel, um dieses in Rotation zu versetzen, und einen Baum, der geeignet ist, auf hoher Temperatur gehalten zu werden und wenigstens einen Teil des rotierenden Teiles umgibt sowie einen Teil des anschließenden Raumes, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß das rotierende Teil ait Arsen versehen ist, die im Wege des oder der dünnen Strahlen aus geschmolzenem Glase angeordnet sind.

3) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme des rotierenden Teiles aus Drähten aus hochhitzebeständigem Metall bestehen.

4) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme die Form von Flügeln haben.

5) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum als ringförmige Kammer ausgebildet ist, die wenigstens einen Endteil der Arme enthält, und daß die Achse zum Antrieb des rotierenden Teiles außerhalb der ringförmigen Kammer in einem Gebiet gelagert ist, das diese umgibt.

6) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Teil in einem bestimmten Gebiet kranzförmige Ausnehmungen aufweist, die durch einen kreisförmigen Schlitz gehen, der zu diesem Zweck in der inneren Wandung des ringförmigen Raumes angebracht ist.

7) Verfahren zur Herstellung von Ballotinen, wie vorstehend beschrieben.

8) Vorrichtung zur Herstellung von Ballotinen, wie vorstehend mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.

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