DE1496443A1

DE1496443A1 - Vorrichtung zum Verruehren von Glas

Info

Publication number: DE1496443A1
Application number: DE19651496443
Authority: DE
Inventors: Cala Charles F
Original assignee: CALA CHARLES F
Current assignee: CALA CHARLES F
Priority date: 1964-06-08
Filing date: 1965-06-08
Publication date: 1969-05-14
Also published as: DE1496443C3; DE1496443B2; NL6507288A; BE665091A; GB1070763A; US3268213A

Description

Patentanwälte f.Volckmana, -J'. ν

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Charles F. GALA₁

144 Hoover lioad, Eo ehe st er, New York, Y. St. A,

Yorriehtung zum Verrüliren vojx Grlas

Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf eine Vorrichtung zum Verrühren von geschmolzenem Glas zur Verbesserung seiner

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Gleichmäßigkeit und zur Verminderung von Unregelmäßigkeiten wie Schlieren; insbesondere ist die Vorrichtung . zum Einbau in eine normale industrielle Glasherstellungsmasehinenanlage geeignet.

Es ist bekannt, daß Verrühren die Qualität von Glas verbessert, insbesondere wenn es kurz vor dem Vergießen relativ viskos ist. Da neuerlich bei vielen in großen Stückzahlen hergestellten Glasprodukten, wie z.B. nicht zurückzugebenden Getränkeflaschen, Wert auf geringes Gewicht und geringe Wanddicken gelegt wird, ist die Verbesserung der Qualität des Glases sehr wesentlich geworden. Schlieren, Knoten und andere Unregelmäßigkeiten bilden örtliche schwache Stellen in den GlasprOdukten, wodurch sie nicht mehr markgerecht sind. Das Vermeiden von Schlieren und anderen Unregelmäßigkeiten erlaubt eine Herstellung von Glasprodukten mit geringerem Gewicht, weil die Wandstärken verringert werden können, ohne einen Verlust an Festigkeit in Kauf nehmen zu müssenj damit ergeben sich Vorteile im Vergleich zu anderen irMukten, bei denen schwache Stellen infolge von Schlieren und Knoten in Rechnung gestellt werden müssen*

Es werden daher bei Artikeln, welche bisher aus Glas geringer Qualität hergestellt wurden, wachsende Anforderungen an die Güte des Glases gestellt, welehe die Qualität von optischen· Erzeugnissen erreichen*

Obwohl die Vorrichtung gemäi der Erfindung einen weiten Aaa,-

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Wendungsbereich umfaßt, besitzt sie eine wesentliche Bedeutung insbesondere bei kommerziellen, industriellen Standardanlagen zur Herstellung von Massenartikeln aus Glas. Diese Standardanlagen bestehen aus einem Schmelzofen, in dem die Anteile des Ausgangsgemenges geschmolzen und auf eine relativ hohe Temperatur aufgeheizt werden, um zunächst ein Glas mit relativ geringer Viskosität zu bilden, einem "Vortiegel, in dem das aus dem Schmelzofen entleerte Glas zur Ausbildung einer größasn Viskosität abgekühlt wird und einem Entladungstiegel oder Ausgußkasten, in dem das Glas aus dem Vortiegel gegeben wird und durch ein Ausgußrohr portionsweise ausfließt. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist insbesondere geeignet, an die Stelle das letzten Teiles des Vortiegels zu treten, um das Glas unmittelbar vor dem Ausfließen durch das Ausgußrohr zu verrühren; dabei ist die optimale Viskosität für das Verrühren gegeben.

Ein normaler Vortiegel besteht im Ablauf des Glasflusses vom Schmelzofen zum Ausflußrohr aus einer Kühlzone und einer darauffolgenden Ausgleichzone. Die Heizfeuer und der Kühlwind kommen in beiden Zonen zur Einwirkung, jedoch solL die Kühlung in der Hauptsache in der Kühlzone stattfinden, um die Temperatur des gesamten Strahles des fließenden Glases gleichmäßig über seine Dicke und seine Breite in der Ausgleiciizone zu ändern. Dabei wurde das Glas am Eingang der Ausgleichzone verrührt, indem rotierende Schaufeln oder Turbinen an dieser Stelle in den Strahl des geschmolzenen

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Glases gebracht wurden. Eine solche Art des Umrührens ist geeignet, die Temperaturgleichförmigkeit im Glasstrom zu verbessern und den Temperaturgradient darin zu verringern; Jedoch wird damit die Zahl der Schlieren und Knoten in Glas nicht verringert und die physikalische Homogenität nicht verbessert.

Das Formgießen (gobbing) von optischem Glas ist bekannt, jedech werden dazu Spezialmaachinenanlagen benötigt; es ist aber aufwendig, die einmal aufgebaute. Formgießmaschinenanlage zur Massenproduktion von Glasprodukten, wie Flaschen u.a. durch Maschinenanlagen zu ersetzen, welche zur Herstellung von Brillengläsern und optischen Gläsern geeignet sind. Es würde unverhältnismäßig aufwendig sein, von konventionellen Formgießanlagen auf gänzlich neue Anlage umzuschalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine neuartige Vorrichtung zum Verrühren von Glas anzugeben, welche in gäng^gs, kommerzielle Glasherstellungsanlagen mit wenig Aufwand eingebaut werden kann und die vorgenannten Nachteile vermeidet, wobei Glas mit hoher Gleichförmigkeit und Homogenität sowie frei von Schlieren und Knoten herstellbar ist.

Die Erfindung sieht einen Behälter zum Verrühren von geschmolzenen Glas mit nach unten zusammenlaufender Innen-, wandung vor, so daß das geschmolzene Glas beim Verrühren vertikal durch diesen fließt, wobei bestimmte thermische

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Effekte ausgeschaltet und der Wirkungsgrad und Wirksamkeit "beim Verrühren gesteigert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine besondere Form der Schaufeln der Verrühreinrichtung oder der Turbine vorgesehen. Die Schaufeln sind in ihrer Form so ausgebildet, daß eine nach oben gerichtete Kraft auf die fließende Masse des geschmolzenen Glases ausgeübt wird'und daß die Unterschiede in den Umfangsgeschwindigkeiten in radialer Richtung aufeinanderfolgender Teile der Schaufeln ausgeglichen werden, um eine gleichförmige Kraft über die gesamte Horizontalrichtung auszuüben.

Hähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren, und zwar zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Verrühren von.geschmolzenem Glas, welche in die Ausgleichszone eines Norm-Vortiegels eingebaut ist;

Figur 2 eine Draufsicht in teils schematischer Darstellung der Vorrichtung und des Vortiegels nach Figur 1 ohne Abdeckung;

Figur 3 einen horizontalen Schnitt durch die Welle der Verrühreinriehtung mit einer ebenen Ansicht einer der Schaufeln;

Figur 4 eine Teilseitenansicht der Welle der Verrühreinrichtung mit den daran angebrachten Schaufeln; und

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Figur 5 ein Diagramm, welches die Änderung der Viskosität ein >? typischen Glas zusammensetzung als Funktion der Temperatur wiedergibt.

Das Verrühren von geschmolzenem Glas bietet schwierige Probleme, das dazu neigt, beim Erstarren Schlieren zu bilden, aus der Behälterauskleidung Verunreinigungen aufzunehmen und seine Zusammensetzung infolge von Oberflächenverdampfung und Temperaturänderungen von Bereich zu Bereich in der Masse zu ändern. Normalerweise wird Glas zunächst auf eine relativ hohe Temperatur aufgeheizt, bei der seine Viskosität, wie" etwa bei einem dünnen Sirup, klein ist. . In diesem Zustand ist das Mischen relativ einfach und Xeicht, jedoch bilden sich beim Abkühlen auf eine hohe, melasseähnliche Viskosität, welche für das Formgießen erforderlich ist, Schlieren, Knoten und andere Unregelmäßigkeiten. Um gute Ergebnisse zu erzielen, muß das Glas bei einer Temperatur verrührt werden, welche so nah wie möglich bei der Formgieß-Temperatur liegt, bei der seine Viskosität relativ hoch ist. Darüberhinaus soll das Glas sehr gleichmäßig durchgerührt werden. Es soll dabei ein Teil des Glases durch den Verrührbehälter laufen, ohne genau wie alle anderen Teile durchgerührt zu werden.

Es hat sich gezeigt, daß es sich um zwei Effekte handelt, welche bisher bei der Herstellung von Vorrichtung zum Verrühren von Glas nicht in Rechnung gestellt warden und daher

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die Wirksamkeit der bisher Dekannten Vorrichtungen begrenzten. Der erste Effekt hängt mit der Tendenz des Glases zur Dünnflüssigkeit zusammen, wodurch es schneller entlang der Wandung des Verrührbehälters läuft.

Es ist schwierig, den gesamten Inhalt des Verrührbehälters auf gleichförmiger Temperatur zu halten. In der Praxis muß die Wärme gewöhnlich von der Außenseite des Behälters zugeführt werden, wodurch eine Glasschicht an der Wandung des Behälters dünnflüssiger wird und relativ zum größeren Teil des Glases im Innern abwärts läuft. Dieser Effekt ist nicht vernachlässigbar, da in Temperaturbereichen, in denen das Glas gegossen wird, schon eine relativ kleine Temperaturänderung eine sehr große Viskositätsänderung hervorruft. Dies ist aus Figur 5 zu ersehen, in der eine typische Viskositätskurve für Glas dargestellt ist.

Gemäß der Erfindung wird dieser Effekt durch eine konische Form des Verrührbehälters aufgehoben. Die Verrührschaufeln bewirken eine Zentrifugalbewegung im Glas und werfen es radial nach außen gegen die zusammenlaufende Wandung des konischen Behälters. Das Glas trifft auf Wandung des zylindrischen Behälters auf und wird gleichmäßig nach oben und unten abgelenkt. Durch die Neigung der Wandung wird das generell in ausreichendem Prozentsatz nach oben abgelenkt, um das schnellere Abfließen des Glases außen an der Wand zu kompensieren. Die Kompensation kann durch Änderung der

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Rührgeschwindigkeit kompensiert werden.

Der zweite Effekt, der gemäß der Erfindung auszuschalten ist, besteht darin, daß das Glas auch längs der Welle, an welche die Schaufeln angebracht, schneller abfließt. Dies kommt dadurch zustande, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufeln an ihren Ansatzstellen kleiner ist als an ihren äußeren Spitzen. Daher wird an den Ansatzstellen weniger verrührt als an den äußeren Spitzen, wodurch der Widerstand gegen das Herabfließen des Glases nahe der Welle geringer ist. Gemäß der Erfindung sind die Schaufeln so gestaltet, daß dieser Effekt kompensiert wird und ein gleichmäßiges Verrühren in der ganzen Glasmasse erreicht wird.

In Figur 1 ist eine Vorrichtung zum Verrühren von geschmolzenem Glas gemäß der Erfindung dargestellt, welche ■in die Ausgleichszone eines Vortiegels eingebaut ist, wie er in den meisten Glasherstellungsanlagen verwendet wird. Wie dargestellt, erfolgt der Glasfluß von rechts nach links, wobei das Glas aus der Kühlzone 12 des Vortiegels eintritt, durch die Vorrichtung zum Verrühren in der Ausgle ichszone läuft und durch das Ausgußrohr H zum formgießen austritt. Der Verrührbehälter 16 besitzt konische Form und verengt sich nach unten, wobei seine Hauptachse vertikal verläuft. Er ist vorzugsweise mit Platin oder einem anderen glasunlöslichen Metall ausgekleidet. Das Glas fließt am oberen Ende in den Behälter 16 ein und dann abwärts durch diesen, wo es durch die Verrühreinrichtung 18 verrührt wird. Am

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unteren. Ende fließt es sodann in einen horizontalen Kanal und darauf durch einen aufwärts geneigten Kanal 22 zum Ausgußrohr 14.

Infolge der Zentrifugalwirkung der Verrühreinrichtung 18 auf das Glas, leite die Wandung des konischen Behälters 16 dieses an sich entlang nach oben und wirkt der normalen Tendenz zum schnelleren Abwartsfließen 'entlang der Wandung entgegen.

Die konische Verengung ist vorzugsweise nicht stark genug, um einen v/irklichen Glasfluß nach oben entlang der Wandung bei normaler Verrührgeschwindigkeit zu bewirken, obwohl das, falls gewünscht, durch Verrühren mit relativ hohen Geschwindigkeiten erreicht werden kann. Optimale Ergebnisse erhält man, wenn die Verrührgeschwindigkeit so eingestellt wird, daß die Geschwindigkeit, mit der das Glas entlang der Wandung des Bhälters abwärts fließt, gleich der Geschwindigkeit des Glases in der Mitte zwischen Wandung und Hauptachse des? Behälters ist.

In der Praxis wird die Verrührgeschwindigkeit gewöhnlch durch den Abstand zwischen den Spitzen der Schaufeln 26 der Verrühreinrichtung und der Wandung des Behälters 16 und auch durch das Auftreten einer merklichen Turbulenz sowie Wirbelstromeffekte im Glas begrenzt. Die letztgenannten Effekte Bind mit der speziellen Glaszusammensetzung

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veränderlich, und werden nur wesentlich, wenn mit relativ hohen Geschwindigkeiten verrührt wird. Die Abmessungstoleranzen zwischen Verrühreinrichtung und Behälter ergeben sich aus der Bauart und sind "bei Forderung nach maximaler Homogenität und Gleichförmigkeit kleiner als in den Fällen, in denen aus Gründen hoher Produktionsraten nicht so hohe Anforderungen an die abschließende Qualität des Glases gestellt werden. Wenn die Toleranzen eng sind, müssen die Verrührgeschwindigkeiten klein gehalten werden, um eine Verformung der Verrühreinrichtung zu vermeiden.

Im allgemeinen beträgt die Verengung des Behälters 16 unter praktischen Bedingungen für Gläser mit wohlbekannten Zusammensetzungen und hydrodynamischen Eigenschaften bezogen auf den Konuswinkel zwischen 5° und 30°; das Verrühren wird mit wenigstens 20 und nicht mehr als 150 Umdrehungen pro Minute vorgenommen. Diese Werte basieren auf der Annahme, daß das obere Ende des Be-hälters einen Durchmesser zwischen etwa 10,2 cm und 30, 5 cm aufweist; ein Durchmesser von etwa 20,3 cm stellt dabei ein Optimum für moderne Glasherstellungsanlagen dar.

Um den Behälter 16 und die Kanäle 20 und 22 sind Heizeinrichtung 24 irgendeines gewünschten Typs angebracht, um das Glas auf der zum Ausfließen durch das Ausgußrohr

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geforderten Temperatur zu halten.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Schaufeln der Verrühreinrichtung 18 hydrodynamisch so geformt, daß sie dem Effekt der kleinen Umfangsgeschwindigkeit an den Ansatzstellen 28 relativ zur großen UmfangegeBchwindigkeit an den Spitzen 30 entgegenwirken. Dieser Effekt wurde schon für verschiedene Zwecke "bei der Herstellung z.B. von Flugzeugpropellern in Rechnung gestellt, jedoch wurde seine Vichtigkeit in der Technik des Yerrührens von Glas bisher noch nicht erkannt.

Die gemäß der Erfindung ausgebildeten Schaufeln können vorteilhaft in jeder Art von Vorrichtungen zum Glasverrühren verwendet werden, ergeben jedoch in Verbindung mit einem konischen Behälter gemäß der Erfindung maximale Wirksamkeit.

In den Figuren 3 und 4 ist eine Ausführungsform der Schaufeln 26 dargestellt, welche in ihrer Breite und Ueigiing nach außen abnehmen, d.h. sie sind am breitesten und steilsten an den Ansatzstellen 28 und am schmälsten und am wenigstens genigt an den Spitzen 30. Sie nehmen vorzugsweise, wie dargestellt, auch in der Dicke ab, um an den Ansatzstellen einen maximalen Widerstand gegen Biegebeanspruchungen zu besitzen, wo diese Beanspruchungen im Betrieb am größten sind.

Beim Betrieb werden durch die hydrodynamische Ausbildung der Schaufeln 26'die verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten, mit

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denen die Teile der Schaufeln sich durch das Glas bewegen, kompensiert. Die Teile nähe den Ansatzstellen 28 bewegen sich relativ langsam während die Teile in der Nähe der Spitzen sich schnell bewegen. Die Teile an den Ansatzstellen sind jedoch breiter und steiler angestellt als die Teile in der Nähe der Spitzen und bewirken daher eine Verzögerung des Glasflusses, die etwa der durch die Schaufelspitzen hervorgerufenen entspricht. Dadurch wird die Homogenität des so hergestellten Glases gegenüber dem mit bekannten Verrühranlagen hergestellten stark verbessert. Die gesamte, durch den Behälter laufende Glasmasse wird gleichmäßig verrührt und gemischt, wodurch verhindert wird, daß ungleichmäßig verrührtes Glas aus den Behälter austritt.

Es existieren mehrere andere Möglichkeiten, die Schaufeln in ihrer Form so auszubilden, um die oben beschriebene Wirkung zu erzielen. Die'Erfindung ist daher nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform der Schaufeln beschränkt, sondern sehließt alle Formen von Glasverrührschaufeln ein, welche geeignet sind, den Effekt der unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeit in radialer Richtung der Schaufeln zu kompensieren.

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Claims

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Patentansprüche

./Behälter zur Aufnahme einer geschmolzenen Glasmasse und zum Verrühren derselben, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des Behälters (16) bei normaler Arbeitsstellung nach unten zusammenlaufend ausgebildet sind.
2. Behälter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine konische Ausbildung.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nach unten im Querschnitt abnehmende Behälter (16) einen Einlaß an seinem oberen Ende und einen Auslaß an seinem unteren Ende besitzt.
4. Behälter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine konische Kammer mit vertikaler Rotationsachse bildende Behälter (16) einen Konuswinkel zwischen 5 und 30° besitzt.
5. Behälter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sein oberes Ende einen Querschnitt zwischen etwa 10,2 und 30,5 cm Durchmesser besitzt.
6. Behälter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des oberen Behälterendes einen Durchmesser von etwa 20,3 cm besitzt.

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7. Torrichtung zum Verrühren von geschmolzenem Glas mittels eines Behälters nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (18) zum Verrühren des geschmolzenen Glases im Behälter (16) vorgesehen sind, welche ein Glasstrom nach außen gegen die Wände des Behälters verursachen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (18) zum Verrühren des geschmolzenen Glases aus einer im Behälter (16) angebrachten und in horizontaler Ebene rotierenden Rühreinrichtung (18) bestehen, wobei das im Behälter befindliche geschmolzene Glas durch dessen Rotation nach außen gedruckt und durch die Behälterwandung in Aufwärtsrichtung gelenkt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung (18) aus einer Well emit wenigstens einer daran in radialer Richtung angebrachten Schaufel (26) besteht.
10.Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (26) zur Kompensation der Änderung der Umfangsgeschwindigkeit ihrer Teile im verschiedenen Abständen von der Welle über ihre Gesamtlänge in radialer Richtung . abgeschrägt ist.
11-rVorrich.tung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Schaufel (26) im wesentlichen über ihre Gesamtlänge in radialer Richtung nach außen verjüngt ist.
12.Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel über ihre Gesamtlänge in radialer Richtung gegen ihre Rotationsebene geneigt ist.
13."Vorrichtung nach Anspruch 10,11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel über die Gesamtlänge in radialer in ihrer Dicke abnimmt.

H.Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 13, gekennzeichnet, durch Mittel (25) zur Aufheizung des Behälterinnern durch seine Wandung.

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