DE1496443C3 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Homogenisierung von geschmolzenem Glas auf seinem Weg von einer Eingabe- zu einer Auslaßöffnung mit einem sich nach unten verjüngenden Behälter, der Einrichtungen enthält, um das geschmolzene Glas aufzunehmen und zu veranlassen, daß es von oben nach unten durch diesen Behälter fließt, in welchem eine Vorrichtung zum Umrühren des Glases vorgesehen ist.

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 marktgerecht 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 müssen; damit ergeben sich Vorteile im Vergleich zu anderen Produkten, 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, welche die Qualität von optischen Erzeugnissen erreichen.

Obwohl die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen weiten Anwendungsbereich 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 Vorherd, in dem das aus dem Schmelzofen entleerte Glas zur Ausbildung einer größeren Viskosität abgekühlt wird und einem Ausgußkasten, in dem das Glas aus dem Vorherd gegeben wird und durch ein Ausgußrohr portionsweise

ίο ausfließt. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist insbesondere geeignet, an die Stelle des letzten Teiles des Vorherds zu treten, wo das Glas unmittelbar vor dem Ausfließen durch das Ausgußrohr verrührt wird, dabei ist die optimale Viskosität beim Verrühren gegeben.

Ein normaler Vorherd besteht im Ablauf des Glasflusses vom Schmelzofen zum Ausflußrohr aus einer Kühlzone und einer darauffolgenden Ausgleichszone. Die Heizfeuer und der Kühlwind kommen in beiden

ao 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 Ausgleichszone zu ändern. Dabei wurde das Glas am Eingang der Ausgleichzone verrührt, indem rotierende Schaufeln oder Turbinen an dieser Stelle in den Strahl des geschmolzenen 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 im Glas nicht verringert und die physikalische Homogenität nicht verbessert.
Das Formgießen von optischem Glas ist bekannt, jedoch werden dazu Spezialmaschinenanlagen 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 Anlagen umzuschalten.

Aus der deutschen Patentschrift 1 069 345 ist bereits ein Behälter zur Herstellung von schlierenfreiem Glas bekanntgeworden, dessen Wandung in einem vertikalen Bereich von oben nach unten verjüngend zusammenläuft. In diesem Teil ist ein Rotationskörper angeordnet, der das nach unten strömende Glas verrührt. Das aus dem vertikalen Bereich austretende Glas ist aber auf Grund des Verrührens noch verwirbelt, so daß eine Schlieren- oder Knotenbildung auf Grund von Homogenitätsstörungen nicht vollständig auszuschließen ist. ..

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Beruhigung, d. h., zur Eliminierung der durch das Verrühren hervorgerufenen Verwirbelung des aus dem Rührbereich austretenden Glases anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch einen nach oben geneigten, zur Auslaßöffnung führenden Kanal, in welchem die im Behälter erfolgte Verwirbelung des geschmolzenen Glases wieder aufgehoben wird, gelöst.

Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich

aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Verrühren von geschmolzenem Glas, welche in die Ausgleichszone eines Norm-Vorherds eingebaut

F i g. 2 eine Draufsicht in teils schematischer Darstellung der Vorrichtung und des Vorherds nach Fig. 1 ohne Abdeckung,' ' "''.' .7 V.'."."/'.

F i g. 3 einen horizontalen Schnitt durch die Welle der Verrühreinrichtung mit einer ebenen Ansicht einer der Schaufeln, .

F i g. 4 eine Teilseitenansicht der Welle der Verrühreinrichtung mit den daran angebrachten Schaufeln und . .· .. ■ ....-.'■-}"

Fig. 5 ein Diagramm, welches die Änderung der Viskosität einer typischen Glaszusammensetzung 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 des Mischen relativ einfach und leicht, 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. Darüber hinaus 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 für Schlieren- und Knotenbildung verantwortlich sind. 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 F i g. 5 zu ersehen, in der eine typische Viskositätskurve für Glas dargestellt ist.

Dieser Effekt wird durch die bekannte 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 es generell in ausreichendem Prozentsatz nach oben abgelenkt, um das schnellere Abfließen außen an der Wand zu kompensieren. Die Kompensation kann durch Änderung der Rührgeschwindigkeit kompensiert werden. .' ..,...'..'. . ..." ,

Der zweite Effekt besteht darin, daß das Glas auch längs der Welle, an welchen die Schaufeln angebracht sind, schneller abfließt. Dies kommt dadurch zustande, daß., die , Umfangsgeschwindigkeit der Schaufeln an ihren Ansatzstellen kleiner ist als ah ihren äußeren Spitzen ist. 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. Die Schaufeln werden daher so gestaltet, daß dieser Effekt kompensiert wird und ein gleichmäßiges Verrühren in der ganzen Glasmasse erreicht wird. " '.'■ '.'.'·. „ . '·',. "■.

In F i g. 1 ist eine Vorrichtung zum Verrühren von geschmolzenem Glas dargestellt, welche in die" Ausgleichszone eines Vorherds · eingebaut ist, wie er in den meisten Glasherstellungsanlagen verwendet wird. Wie dargestellt,'erfolgt der Glasfluß von rechts nach links, wobei das Glas aus einer Kühlzone 12 des Vorherds eintritt, durch die Vorrichtung zum Verrühren in einer Ausgleichszone 10 läuft und durch eine Auslaßöffnung 14 zum Fonngießen austritt. Ein 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 eine Verrührvorrichtung 18 verrührt wird. Am unteren Ende fließt es sodann in einen horizontalen Kanal 20 und darauf durch einen aufwärts geneigten Kanal 22 zur Auslaßöffnung 14. Diese Kanäle 20 und 22 dienen gemäß der Erfindung zur Eliminierung der durch das Verrühren hervorgerufenen Verwirbelung.

Infolge der Zentrifugalwirkung der Verrührvorrichtung 18 auf das Glas leitet die Wandung des konischen Behälters 16 dieses an sich entlang nach oben und wirkt der normalen Tendenz zum schnelleren Abwärtsfließen entlang der Wandung entgegen.

Die konische Verengung ist vorzugsweise nicht stark genug, um einen wirklichen 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 Behälters abwärts fließt, gleich der Geschwindigkeit des Glases in der Mitte zwischen Wandung und Hauptachse des Behälters ist.

In der Praxis wird die Verrührgeschwindigkeit gewöhnlich durch den Abstand zwischen den Spitzen von Schaufeln 26 der Verrührvorrichtung und der Wandung des Behälters 16 und auch durch das Auftreten einer merklichen Turbulenz sowie Wirbelstromeffekte im Glas begrenzt. Die letzgenannte Effekte sind mit der speziellen Glaszusammensetzung veränderlich und werden nur wesentlich, wenn mit relativ hohen Geschwindigkeiten verrührt wird. Die Abmessungstoleranzen zwischen Verrührvorrichtung 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 Verrührvorrichtung zu vermeiden.

Im allgemeinen beträgt die Verengung des Behälters 16 unter praktischen Bedingungen für Gläser mit wohlbekannten Zusammensetzungen und hydrodynamischen Eigenschaften bezogen auf den Konuswiiikel 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 Behälters 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 die Auslaßöffnung 14 geforderten Temperatur zu halten.

Die Schaufeln 26 der Verrührvorrichtung 18 sind hydrodynamisch so geformt, daß sie dem Effekt der kleinen Umfangsgeschwindigkeit an Ansatzstellen 28 relativ zur großen Umfangsgeschwindigkeit an Spitzen 30 entgegenwirken. Dieser Effekt wurde schon für verschiedene Zwecke bei der Herstellung z. B. von Flugzeugpropellern in Rechnung gestellt, jedoch wurde seine Wichtigkeit in der Technik des Verrührens von Glas bisher noch nicht erkannt.

Die Schaufeln können vorteilhaft in jeder Art von Vorrichtung zum Glasverrühren verwendet werden, ergeben jedoch in Verbindung mit einem konischen Behälter maximale Wirksamkeit.
In den F i g. 3 und 4 ist eine Ausführungsform der Schaufeln 26 dargestellt, welche in ihrer Breite und Neigung nach außen abnehmen, d. h., sie sind am breitesten und steilsten an den Ansatzstellen 28 und am schmälsten und am wenigsten geneigt an den

ίο 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 größten sind.

Beim Betrieb werden durch die hydrodynamische Ausbildung der Schaufeln 26 die verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten, mit denen die Teile der Schaufeln sich durch das Glas bewegen, kompensiert. Die Teile nahe den Ansatzstellen 28 bewegen sich re-

ao lativ 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 verbessert. Die gesamte, durch den Behälter laufende Glasmasse wird gleichmäßig verrührt und gemischt, wodurch verhindert wird, daß ungleichmäßig verrührtes Glas aus den Behälter austritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Homogenisierung von geschmolzenem Glas auf seinem Weg von einer Eingabe- zu einer Auslaßöffnung mit einem sich nach unten verjüngenden Behälter, der Einrichtungen enthält, um das geschmolzene Glas aufzunehmen und zu veranlassen, daß es von oben nach unten durch diesen Behälter fließt, in welchem eine Vorrichtung zum Umrühren des Glases vorgesehen ist, .gekennzeichnet durch einen nach oben geneigten, zur Auslaßöffnung (14) führenden Kanal (22), in welchem die im Behälter (16) erfolgte Verwirbelung des geschmolzenen Glases wieder aufgehoben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem nach oben geneigten Kanal (22) ein horizontal verlaufender, am Behälter (16) angeschlossener Kanal (20) vorgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Teil des Vortiegels einer Standardanlage bildet, der eine Kühlzone (12), eine Ausgleichszone (10) und eine Auslaßöffnung (14) enthält, und daß der sich nach unten verjüngende Behälter (16) im Bereich der Ausgleichszone (10) angeordnet ist.