DE1596362A1

DE1596362A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer gleichmaessigen Stroemungsfront

Info

Publication number: DE1596362A1
Application number: DE19661596362
Authority: DE
Inventors: William Rahe
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1965-04-19
Filing date: 1966-04-05
Publication date: 1970-04-02
Also published as: JPS5120202B1; DE1596362B2; NL132721C; GB1139577A; NL6604926A

Description

Corning Glass Works, Corning, N.Y., USA

Verfahren und Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Strömungsfront

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Strömungsfront in einem schmelzflussigen, thermoplastischen Material, das durch einen Vorherd fließt, und richtet sich insbesondere auf ein Paar gegenläufiger Pumpeinrichtungen, die in einem ovalgeformten Schacht unter-

gebracht sind und nicht nur das strömende Material mischen, sondern auch das homogenisierte Material gleichmäßig über den Vorherdkanal zu dessen Abströmende fördern.

Man hat in den vergangenen Jahren verschiedene Arten von Vorherdkanalrührern entwickelt, um stärker homogenisiertes

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thermoplastisches Material, beispielsweise Glas, den Formmaschinen zuzuführen. Viele dieser bekannten Rühreinrichtungen sind wirkungsvolle und gute Mischeinrichtungen, jedoch geht ihre Wirksamkeit nach dem Rühren teilweise wegen der nicht gleichmäßigen Wärmebehandlung infolge einer nichtsymmetrischen Strömungsront in dem die Rührvorrichtung verlassenden Material verloren. Das Problem beruht auf einer Stoßwirkung der Rührerschaufeln, die zu einem Aufstapeln des Glases an einer Seitenwandung des Vorherdes führt, wenn man einen einzelnen Rührer verwendet oder mehrere in Querrichtung verteilte Rührvorrichtungen in der gleichen Richtung umlaufen. Gewöhnlich tritt ein großer Staubereich auf der Seite mit einem niedrigeren Glasspiegel stromabwärts von der Rührvorrichtung auf, von wo Oberflächenschnüre austreten können. Infolgedessen führen solche Systeme zu einer unerwünschten, außerordentlich unsymmetrischen Strömungsfront in Form einer gestörten parabolischen Strömungsfront stromabwärts von den Rührvorrichtungen.

Einige bekannte Rühreinrichtungen arbeiten notwendigerweise mit hohen Umlaufgeschwindigkeiten einschließlich solchen, die über den 10 Umdrehungen pro Minute liegen. Es hat sioh jedoch gezeigt, daß die Mischwirksamkeit mit höheren Geschwindigkeiten abfällt. Es werden stärkere Wirbel erzeugt, welche zu bestimmten Geschwindigkeitsgradienten auf der stromabwärts gelegenen Seite führen, die nicht nur Blasen

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einfangen, sondern auch zu großen Temperaturabweichungen im strömenden Material beitragen. Darüberhinaus reduzieren höhere Geschwindigkeiten der Rührer ihre Lebenserwartung aus Gründen der aufgebrachten Drehmomente und Umfangsgeschwindigkeiten, so daß die Produktionskosten steigen und die Lebenerwartung der Gesamtanlage sinkt.

Im Hinblick auf die Glasgualität ist der Zwang zur Zuführung homogenen Glases zu den Formmaschinen von grundätzlicher Bedeutung. Enge Qualitätsanforderungen bei hohem Glaszug und im allgemeinen hohen Viskositäten machen es schwierig, ein homogenes Glas mit einer symmetrischen seitlichen Strömungsfront wirksam zuzuführen.

Grundsätzlich bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer symmetrischen oder gleichmäßigen flachen Strömungsfront an fließfähigem, schmelzflüssigem Material, das vollständig durchhomogenisiert ist. Auf diese Weise werden stromabwärts liegende Formvorrichtungen mit homogenisiertem Glas hoher Qualität versorgt, welches gleichmäßig über den gesamten Kanalquerschnitt zugeführt wird. Daraus ergibt sich die Produktion verbesserter Erzeugnisse mit gleichmäßiger Glasqualität.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte .Pumpeinrichtung zur Herstellung einer gleichmäßigen

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symmetrischen Strömungsfront von schmelzflüssigem Material an dessen stromabwärts liegender Seite zu schaffen.

Außerdem soll es durch die Erfindung möglich werden, die strömende Masse durch ein Schachtsystem mit eng gekuppelten Pumpeinrichfcungen kanalartig zu fördern.

Durch die Erfindung werden eine bessere Materialqualität und ein höherer Betriebsnutzeffekt erstrebt.

Außerdem soll es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zu seiner Durchführung vorgeschlagenen Vorrichtung möglich sein, homogenisiertes Glas gleichmäßig über den Vorherdkanal zuzuführen.

Die Erfindung geht somit aus von einem Verfahren zur symmetrischen Zuführung einer vollständig homogenisierten Masse schmelzflüssigen Materials über einen Vorherdkanal, bei dem das schmelzflüssige Material fortlaufend längs einer im wesentlichen horizontalen Bahn zu- und längs einer im wesentlichen horizoniaLen Bahn abgeführt wird. Sie kennzeichnet sich dadurch, daß das ankommende schmelt-

flüssige Material unter die horizontale Bahn gepumpt und gleichzeitig unter übergang der nach unten strömenden Masse in eine horizontal beschränkte Bahn homogenisiert und anschließend wieder in die horizontale Ablaufbahn hochgepumpt wird.

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Vorzugsweise werden in die strömende Masse vor dem Abwärtspumpen und Homogenisieren allenfalls erforderliche Zusätze eingeführt.

Das Abwärtspumpen erfolgt zweckmäßig durch eine im wesentlichen kreiszylindrische Bahn, während die Masse in einer ovalen Bahn mit quer zur horizontalen Strömungsrichtung liegender großer Hauptachse des Ovals wieder hochgepumpt wird.

Die Masse wird in ihrer ovalen Bahn vorzugsweise auf gegenläufigen Wendeln hochgepumpt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich beispielsweise durch einen den Einlaufkanal für die ankommende strömende Masse mit dem Auslaufkanal für die ablaufende strömende Masse verbindenden versenkten Schacht, durch eine Pumpvorrichtung im Einlaufkanal, die die Masse nach unten in den versenkten Schacht pumpt, und durch eine gegenläufige, wendeiförmige Massenbewegungen erzeugende Pumpvorrichtung im übergang vom versenkten Schacht zum Auslaufkanal.

Vorzugsweise ist die abwärts pumpende Vorrichtung in einem zylindrischen Schacht zwischen dem Einlaufkanal und dem Verbindungsschacht angeordnet.

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Die aufwärtsfördernde Pumpvorrichtung sitzt zweckmäßig in einem ovalen Schacht, dessen große Achse quer zur Strömungsrichtung der Masse verläuft.

Aus dem Kanal erstreckt sich in weiterer Ausbildung der Erfindung vorteilhaft ein Abstreichblock bis zum Verbindungsschacht .

Die Pumpvorrichtungen sind vorteilhaft umlaufende, fördernde Rührwerke, wobei in weiterer Ausbildung der Erfindung die aufwärts fördernde Pumpvorrichtung aus gegenläufig umlaufenden fördernden Rührwerken besteht.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Vorherd mit eingebauten Pumpvorrichtungen zur Erzeugung einer ^flachen Strömungsfront; und in

Fig. 2 einen Schnitt im wesentlichen längs der Linie 2-2 der Fig. 1.

BEI DER IN DER Zeichnung dargestellten Einrichtung fließt schmelzflüssiges, thermoplastisches Material, beispielsweise Glas, aus dem geeigneten Behälter oder einer Schmelzeinrichtung kontinuierlich nach vorne durch einen horizontal verlaufenden Vorherdkanal 6. Der Kanal 6 :fet seitlich durch

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senkrecht angeordnete, feeerfeste Wände 8 und 10 begrenzt, die durch einen feuerfesten Bodenteil 12 (Fig. 2) verbunden sind. Die Linie 14 deutet die obere Oberfläche oder den Spiegel des strömenden, schmelzflüssigen Materials an.

Das strömende, schmelzflüssige Material kann nicht nur Wärmegradienten aufweisen, sondern auch schädliche Einschlüsse in Form von Blasen, die, um ein homogenes Produkt an die stromabwärts liegende Formeinrichtung abhebenzu können, verteilt oder entfernt werden müssen. Bei Anwendung auf farbiges Glas kann färbendes Material in das schmelzflüssige §las innerhalb des Kanals eingeführt werden, um ein gefärbtes Glasendprodukt zu erzeugen. Manchmal kann man ein Glas von einer Grundzusammensetzung in eine andere ändern oder seine Zusammensetzung durch Beimischen geeigneter Bestandteile in dem Vorherd modifizieren. Zuschläge, wie beispielsweise färbendes Material oder andere Bestandteile lassen sich durch geeignete Einrichtungen 13 zugeben und bilden dann einen Teil des schmelzflüssigen Glases. Dieses Gemisch muß jedoch vollständig homogenisiert werden, damit hochqualitatives Glas den Formeinrichtungen zugeführt wird.

Eine Pumpvorrichtung 16 bekannter Ausführungsform wird in einem zylindrischen Schachtteil 18 in Betrieb genommen, um das schmelzflüssige Glas nach unten zu pumpen. Die Pumpvorrichtung 16 mischt die Einschlüsse, beispielsweise BIasen, das gefärbte Material und dve Zuschläge, so daß das

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Material vollständig homogenisiert und die Mischung in einen versenkten Verbindungsschafihtteil 20 gefördert wird. (Fig. 2). Die Pumpvorrichtung 16 ist in vertikaler Richtung in der Mitte des Schachtesl8 verstellbar, um die Tiefe ihres Eindringens in den Schacht regeln zu können.

Die Pumpvorrichtung dreht sich um eine senkrechte Achse

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und wird so ausgebildet, daß das gewünschte Ausmaß an Mischung und Homogenisierung erreichbar ist. Eine bessere Scherwirkung und Homogenisierung erhält man, wenn man eine vollständige Kupplung zwischen den Einrichtungen 16 und dem Schacht 18 vornimmt. Durch diese vollständige Kupplung wird die äußere Grenze der Einflußsphäre der Pumpvorrichtung 16 in der Nähe des Schachtes 18 gekalten, um einen Vorbeitritt des Materials um die Pumpvorrichtung 16 mit geringer oder fehlender Mischung oder Verzögerung zu vermeiden, d.h., daß eine vollständige Kupplung sicherstellt, daß das gesamte Material in den Einflußbereich der Pumpvorrichtung 16 gelangt.

Der zylindrische Schachtteil 18, der Verbindungsschacht und ein ovaler Schachtteil 22 bilden eine versenkte Zone, durch die das.schmelzflüssige Material hindurchgehen muß. Die größere Achse des ovalen Schachtteiles 22 erstreckt sich quer zum Vorherd 6. Wenn das Material durch den Teil 20 strömt, läuft es unter dem Abstreicherblock 24 hindurch. Tatsächlich definiert der Block 24 einen untergetauchten

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Schlund, durch den das Material hindurchgelangen muß. Die nach unten strömende Masse des Materials wird somit in eine horizontale Strömung umgelenkt.

Aus dem Verbindungsschacht 20 wird das Material nach oben durch den ovalen Schachtteil 22 gepumpt. Man erreicht eine Spiralen- oder wendeiförmige Strömungsbahn nach oben mit Hilfe einer Pumpvorrichtung 26, beispielsweise eines Schaufelradpaares unter Schaffung eines Paares gegenläufiger wendeiförmiger Bahnen schmelzflüssigen Materials, die sich miteinander vermengen und eine symmetrische Strömungsfront für das Material erzeugen, wenn es sich stromabwärts durch den Vorherdkanal 6a zu einer Verformungseinrichtung bewegt.

Die Strömungsfront ist seitlich zu der Mittellinie der normalen Strömung durch den Kanal 6a symmetrisch. Die Pumpvorrichtungen 26 sitzen auf der größeren Achse des ovalen Schachtes 22 und senkrecht zur Mittellinie des Vorherdkanalteiles 6a , und jede der Einzelpumpen 'ist in senkrechter Richtung verstellbar, um die Tiefe des Eindringens in den Schacht 22 steuern zu können. Die Pumpvorrichtungen laufen um eine senkrechte Achse um. Vorzugsweise sieht man eine volle Kopplung zwischen den Pumpvorrichtungen 26 und dem Schacht 22 vor, damit sichergestellt ist, daß das gesamte strömende Material durch den Einflußbereich der pumpvorrishtungen 26 fliößfe,

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Eine normale viskose Strömung in einem begrenzten Kanal ist an den Seitenkanten infolge des Widerstandes oder Zähigkeitszuges von den Seitenwandungen her langsamer. Ein gegenläufiger umlauf der Pumpvorrichtung 26, wie aus Fig. 1 ersichtlich, stößt eine Aufschwellung oder einen Stau an jeder Seitenwandung 8 und 10 stromabwärts des Schachtes 22. Es bildet sich eine leichte Einsenkung oder unterer Flecken längs der Mittellinie des Kanalteiles 6a stromabwärts vom Schacht 22. Das Oberflächenglas strömt deshalb von diesen höherliegenden Stellen rascher ab. Das mittlere Glas wird von den Wandungen nicht beeinflußt und strömt mit Normalgeschwindigkeit.

Somit erhält das Glas bei Überwindung der normalen Hemmung an den Wandungen in einem Bereich unmittelbar stromabwärts vom Schacht 22 eine verhältnismäßig flache Strömungsfront über den Kanalquerschnitt. In jedem Falle ist jedoch die Strömungsfront seitlich zur Mittellinie der Normalströmung durch den Kanalteil 6a stromabwärts vom Schacht 22 symmetrisch. Die Abwärtsströmung dieses Bereiches wird gleichmäßig parabolisch bezüglich der Mittellinie des Kanäles 6a.

Somit wird das gesamte, in den Schachtteil einfließende Glas zuerst nach unten durch den zylindrischen, durch die Pumpvorrichtung 16 besetzten Sehacht gepumpt. Die Pump-

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vorrichtung 16 mischt und homogenisiert das schmelzflüssige Glas und liefert das Glas in eine versenkte Zone, durch einen Schlund und in die Bahn eines Paares gegenläufiger Pumpvorrichtungen 26 in dem ovalem Schacht 22. Die gegenläufig umlaufenden Pumpvorrichtungen 26 bilden wendeiförmige Bahnen von nach oben strömendem, gegenläufig rotierendem schmelzflüssigem Glas. Wenn das Glas den Einflußbereich der Pumpvorrichtungen 26 verläßt, vereinigen sich diese Bahnen und bilden gleichzeitig eine symmetrische Glasströmungsfront in einer Menge nach vorne fließenden schmelzflüssigen Glases, das gleichmäßig homogen und frei von irgendwelchen thermischen oder vom Gemenge herrührenden Schnüren oder sonstigen Verunreinigungen ist. Irgendwelche gefärbten Teile oder Zusätze sind vollständig eingemischt und verteilt/ was zu einem hochqualitativen schmelzflüssigen Material führt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform bewegen sich die Einrichtungen 16 zum Abwärtspumpen und die gegenläufigen Pumpeinrichtungen 26 in Richtungen, wie sie durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet sind.

Die Drehzahl der abwärtsfördernden Pumpvorrichtung 16 ist abhängig vom Zug, der Schnurverunreinigung u.dgl.Bei schweren und/oder schärferen Schnüren und bei starkem Zug sind höhere Umlaufzahlen erforderlich. Im allgemeinen

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ist die Pumpvorrichtung auf 6 U/min zu beschränken, während man die Drehzahl der Pumpvorrichtungen 26 auf 10 U/min beschränken sollte.

Bei den angegebenen Drehzahlen kompensieren die Pumpvorrichtungen 16 und 26 ihre Eigenhemmung und liefern gute Pumpen. Außerdem*sind die Vorrichtungen 16 und ausgezeichnete Homogenisiereinrichtungen.

Durch die Erfindung werden somit ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Erzielung einer symmetrischen Strömungsfront für strömendes, schmelzflüssiges Material geschaffen, das vollständig durchhomogenisiert ist. Die stromabwärts liegenden Formanlagen werden mit Material versorgt, das symmetrisch über die gesamte Kanalbreite zugeführt wird. Somit erzeugen die Formanlagen auf wirtschaftlichere Weise Produkte höherer Qualität.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur symmetrischen Zuführung einer vollständig homogenisierten Masse schmelzflüssigen Materials über einen Vorherdkanal, bei dem das schmelzflüssige Material fortlaufend längs einer im wesentlichen horizontalen Bahn zu- und längs einer im wesentlichen horizontalen Bahn abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das ankommende geschmolzene Material unter die horizontale Bahn gepumpt und gleichzeitig unter Übergang der nach unten strömenden Masse in eine horizontal beschränkte Bahn homogenisiert und anschließend wieder in die horizontale Ablaufbahn hochgepumpt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die strömende Masse vor dem Abwärtspumpen und Homogenisieren Zusätze eingeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwärtspumpen durch eine im wesentlichen kreiszylindrische Bahn erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Masse in einer ovalen Bahn mit quer zur horizontalen Strömungsrichtung liegender großer Hauptachse des Ovals hochgepumpt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Masse in ihrer ovalen Bahn auf gegenläufigen Wendeln hqndgepumpt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in den Einlaufkanal (6) für die ankommende strömende Ilasse mit dem Auslaufkanal (6a) für die ablaufende strömende Masse verbindenden versenkten Schacht(2O), durch eine Pumpvorrichtung (16) im Einlaufkanal (6), die die Masse nach unten in den versenkten Schacht (20) pumpt, und durch eine gegenläufige, vrendelförmige Massenbewegungen erzeugende Pumpvorrichtung

(26) im Übergang vom versenkten Schacht (20) zum Auslaufkanal (6a).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abwärtspumpende Vorrichtung (16) in einem zylindrischen Schacht (18) zwischen dem Einlaufkanal (6) und dem Verbindungsschacht (20) angeordnet ist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aufwärtsfördernde Pumpvorrichtung (26) in einem ovalen Schacht (227 untergebracht ist, dessen große Achse quer zur Strömungsrichtung der Masse verläuft.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich aus dem Kanal (6, 6a) ein ,Abstreichblock (24) bis zum Verbindüngsschacht (20) erstreckt.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpvorrichtungen (16, 26) umlaufende, fördernde Rührwerke sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die abwärtsfördernde Pumpvorrichtung (26) aus gegenläufig umlaufenden fördernden Rührwerken besteht.

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