DE1596643A1

DE1596643A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen kugelfoermiger Teilchen

Info

Publication number: DE1596643A1
Application number: DE19671596643
Authority: DE
Inventors: Lange Rolf Waldemar
Original assignee: Potters Brothers Inc
Current assignee: Potters Brothers Inc
Priority date: 1966-12-27
Filing date: 1967-12-19
Publication date: 1970-05-06
Also published as: BE695930A; US3495961A; DE1980849U; GB1163368A; NL6717084A; BE708108A; SE342432B; DE1596643B2; FR1550550A

Description

Potters Brothers, Inc.
Carlstadt, N.J, / USA

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen kugelförmiger Teilchen,

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von kugelförmigen Teilchen, insbesondere Glasperlen.

Bis zum heutigen Tage wurden Glasperlen dadurch erzeugt, daß Glasteilchen einer Flamme innerhalb eines Rohres bzw» inner« halb eines Kamines ausgesetzt werden, in welchem ein nach aufwärts gerichteter, die Glasteilchen tragender Gasstrom ausgebildet ist. Andere bekannte Verfairen für die Herstellung von Glasperlen beruhen darauf, daß ein Gasstrom - beispielsweise Luft -in einen Strom geschmolzenen Glases geblasen wird, wodurch letzterer in einzelne Teilchen zersprüht wird. Dabei wird in manchen Fällen noch zusätzlich Wärme zugeführt.

Diese bisher bekannten Verfahren hatten jedoch den Nachteil, daß die Größe der erzeugten Glasperlen nur in einem sehr engen Bereich reguliert werden kannte. Ferner war es nötig, die Temperatur des geschmolzenen Glases sehr hoch zu halten, damit der

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Strahl τοη geschmolzenen Glas eine genügend große Viecosität aufweist.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die diese vorher genannten Nach» teile nicht aufweist und bei welcher die Größe der erzeugten Glasperlen über einen sehr weiten Bereich reguliert werden kann.

Erfindungsgemäö wird dies dadurch erreicht, daß ein Strah geschmolzenen Glases auf ein mit Schaufeln il.'i) versehenes, sich drehendes Zerhackerrad . zum Fallen gebracht wird, daß dadurch der Strahl in Tröpfchen zerteilt wird und daß durch die Drehung des Zerhackerrades die Tröpfchen in seitlicher Richtung derart beschleunigt werden, daß sie auf ihrer langgezogenen Plugbahn zum Abkühlen und zum Verfertigen gebracht werden.

Eine vorteilhafte Ausführungeform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein mit geschmolzenem Glas gefüllter Behälter vorgesehen 1st, der in seinem Boden eine kreisförmige Ausflußöffnung aufweist, und daß unterhalb der Ausflußöffnung ein in Drehungen versetzbares Zerhackerrad vorgesehen ist, welches hinsichtlich seiner Lage unterhalb der Ausflußöffnung und seiner Drehgeschwindigkeit derart geregelt werden kann, daß beim Aufprall eines flüs -eigen Glasstrahles sich eine langgezogene flache Plugbahn der gebildeten Glaströpfchen ergibt.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügtenZeichnung Bezug genonnen ist, in welcher: Figur 1 «inesallgeaeine - zu« Teil scheaatische - Seitenansicht einer Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgeaäßen Verfahrens ist;

Figur 2 eine vergrößerte Teilansicht der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung für die Darstellung gewisser Einzelheiten ist; Figur 3 eine schenatische Ansicht für die relative Lage von

Einzelteilen von der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung ist; Figur 4 eine Darstellung der Schaufelelenente des die Glaszerstäubung erwirkenden Zerhackerrades ist;

Figur 5 eine seitliche Ansicht eines Teiles des in Figur 4 gezeigten Zerhackerrades; Figur 6 eine Draufsicht auf das in Figur 5 gezeigte Badteil eleaent ist und

Figur 7 eine schenatische Schnittansicht eines Teileleraentes tawe eines nodifizieten Zerhackerrades für die Verwendung ia Bahnen der vorliegenden Erfindung ist·

In dea folgenden soll auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen werden, in welchen ein Glasschaelzgefäß oder ein ähnlicher Behälter 10 gezeigt ist, welcher eine kreisförmige Ausflußäffnung aufweist, durch welche ein Strahl von geschmolzenem Glas vertikal abwärts auf ein durch einen Motor 13 angetriebenes Zer-* stäubungselenent 12 fällt. Das Zerstäubungselenent 12 ist eine

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mit vielen Schaufeln versehene drehbare Scheibe, welche in dem folgenden als "Zerhaokerrad" bezeichnet wird. Das auf die äußere Umfangsfläche im drehbaren Bereich des im vorliegenden Fall im Uhrzeigersinn sich drehenden Zerhackerrades 12 fallende geschmolzene Glas wird in einem Strahl 14a von einzelnen Teilchen oder Tröpfchen aufgespalten. Der Strahl von Teilchen schliesst dann durcih einen rohrförmigen Erhitzer 15, der inner halb der 'letizone eine genügend hohe Temperatur aufrecht erhält, damit die Teilchen weich genug bleiben und aufgrund ihrer Oberflächenspannung kugelförmige Tropfen 15b bilden.

Aufgrund der durch die Scheufein des Zerhackerrades 12 ausgeübten Kraft werden die kleinen Kugeln bzw. Kügelchen nach dem Verlassen des Erhitzers 15 weit genug noch durch die Atmosphäre geschleudert, wobei dieselben sich abkühlen und verfestigen. Aufgrund der Schwerkraft fallen die Teilchen anschließend in ein Abschreckbad 20.

Das Abschreckbad 20 kann mit eienm geeigneten Abschreckmittel gefüllt sein, welches aus Wasser, Äthylen, Propylen, Glykollösung, Öl oder mit einer anderen geeigneten Flüssigkeit bestehen kann. Das Abschreckbad kann mit einem geeigneten Kühlgerät, beispielsweise einem Wärmeaustauscher über Leitungen 21 verbunden sein. Die abgeschreckten Glasperlen werden dann über ein Transportband 23 einer weiteren Transporteinrichtung 22 zuge-

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führt, welche dieselbe an eine beliebig wählbare Stelle weiter befördert.

Sowie dies am besten aus Figur 2 erkenntlich ist, besteht der Erhitzer 15 aus einer Röhre 15a, die mit Heizelementen in der Form von unter niederem Druck brennenden, über die Oberfläche der Röhre verteilten Brennern 16 versehen ist. Die Brenner 16 sind über Leitungen 17 miteinander verbunden, wobei eine Speiseleitung 18 für eine Verbindung mit einer geeigneten Quelle von Naturgas vorgesehen ist. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Brenner vorzugsweise diametral gegenüber gesetzt, damit die innerhalb der Röhre 15a auftretenden Turbulenzen so klein wie möglich gehalten werden. Der Erhitzer 15 kann aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material angefertigt sein« Sollte dies gewünscht sein, kann am Eingang des Erhitzers 15 zusätzlich Wärme mit Hilfe von einem oder mehreren Brennern zugeführt werden, um einen durch den Erhitzer 15 hindurch gerichteten Strom heißer Verbrennungsgase zu schaffen, wodurch die Wärmeverteilung innerhalb dieser Röhre noch verbessert wird. Der durch diese Brenner erzeugte Fluß dient ebenfalls dazu, die innerhalb des Erhitzers 15 erzeugte Wärme von de» Zerhäkkerrad 12 fernzuhalten und die Wärme im entfernjfen. Teil des Erhitzers 15 zu konzentrieren.

Sowie am besten aus Figur 3 zu erkennen ist, fällt der Stro· geschmolzenen Glases 11 auf das Zerhackerrad 12 in den ansteigenden Teil desselben. Das Rad kann horizontal verstellbar aage··

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ordnet sein, sowie dies durch die Pfeile a - a angezeigt ist· Dadurch kann der Auffallpunkt des geschmolzenen Glasstromes auf den Zerhacktorrad UL verstellt werden. Da die einzelnen Teilchen tangential von der Peripherie des Zerhackerrades 12 weggeschleudert werden, muß der Auffallpunkt so gewählt sein, daß sich eine geeignete Plugbahn ergibt. Bei im Uhrzeigersinn verlaufender Rotation sollte dieser Punkt bei den verschiedenen Anwequngsbeispielen zwischen 10 und 11 Uhr mit einem Mittelwert um 10.30 Uhr liegen, damit die Teilchen durch den Erhitzer 15 hindurch weit genug zum Abkühlen und Erstarren vor dem Abschrecken geschleudert werden. Wenn relativ große Glasperl en erzeugt werden sollen, muß die Flugbahn verlängert werden, damit die Abkühlzeit vergrößert wird.

Die Größe der Glasperlen ist eine Punktion von der Anzahl der pro Zeiteinheit am Auffallpunkt vorbeistreichender Zähne. Dabei werden um so kleinere Glasperlen erhalten, je größer diese Zahl ist und umgekehrt. Die Größe der erzeugten Glasperlen kann ebenfalls durch Verstellung der Ausflußöffnung gesteuert werden, wodurch die Ausflußgeschwindigkeit keinen so einschneidenden Einfluß auf die Größe der erzeugten Glasperlen hat, wie eine Veränderung der Geschwindigkeit des Zerhackerrades 12, so ergibt sich trotzdem bei verringerter Plußgeschwindigkeit eine verringert· > Glasperlengröße und umgekehrt«

Bis zum heutigen Tag ergaben sich Schwierigkeiten bei der Herstel-

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lung Ton größeren Glasperlen, wobei diese Schwierigkelten Insbesondere bei jenen Herstellungsprozeß auftreten, bei welchem die Glasperlen während ihrer Ausbildung zu Kugeln von einem in -nerhalb einer rertikalen Röhre, bzw· Kamines gebildeten -

Gasetroe getragen sind. Durch geeignete Einstellung der GlasfluÖgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit des Zerhackerrades 12 können jedoch in zufriedenstellender Weise Glasperlen hergestellt werden, die einen Durchmesser bis zu 5 mm (0,2 inches) und selbs.t größer haben. Ia allgemeinen können mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der rorliegenden Erfindung Glasperlen in de· sehr weiten Bereich τοη ungefähr 0,6 mm (0,025 inches) bis ungefähr 5 ■■ (0,2 inches) erzeugt werden, so daß das erfindungsgemäße Verfahren eine wesentlich weitere Flexibilität zulässt als bisher bekannte Verfahren«

Wenn dies gewünscht ist, kann die Zerhackerradwelle 30 rohrförmig ausgeführt sein, so daß durch dieselbe eine Kühlflüssigkeit durchgeführt werden kann. Sowie dies in Figur ^ gezeigt ist,

1st die hohe Welle 30 an dem Zerhackerrad 12 mit Hilfe wasserdichter drehbarer Kupplungselemente 31 oder ähnlichen Elementen befestigt und über Rohre oder Leitungen 32 mit einer kühlen Plüeslgkeitsquelle rerbunden.

Die Zähne 12t des in den seitlichen Ansichten der Figuren 2,3 und 5 gezeigten Zerhaokerrades 12 haben eine axiale Ausdehnung,

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die zweckmäßigerweise wenigstens so groß ist und vorzugsweise etwas größer als der Durchmesser des geschmolzenen Glasstromes am Auffallpunkt. Das Zerhaokerrad 12 ähnelt in sehr starkem Maß einen Blatt einer Kreissäge. Es soll jedoch hervorgehoben werden, daß die Ausschnitte zwischen den einzelnen Zähnen nach auswärts gebogen sind, sowie dies in Figur 6 gezeigt ist, so daß jeder Zahn im wesentlichen rechtwinklig zu der Stirnseite der Radscheibe absteht. Die Umfangsfläche des Rades kann auch anders ausgebildet sein, wobei das Kriterium einzig und allein darin besteht, den geschmolzenen Glasfluß in Einzelteilchen zu zerhacken und derart zu beschleunigen, daß sich für die Abkühlung und Verfestigung eine relativ langgezogene Flugbahn der Glaskugeln nach dem Durchgang durch den Erhitzer 15 ergibt.

In der in den Figuren 1-6 gezeigten Ausführungsform sind die Zähne bzw. Schaufeln 12d des Zahnrades 12 dreieckig ausgeführt. Andere Ausführungsformen von Zerhackerrädern 12 können jedoch quadratische oder auch rechteckige Zähne aufweisen, womit ebenfalls eine zufriedenstellende Funktionsweise erhalten werden kann. In der in Figur 7 dargestellten Modifikation eines Zerhackerrades hO sind quadratische Zähne 40t vorgesehen. Das Zerhackerrad 40 ist aus zwei kreisförmigen Scheiben 42 gebildet, die parallel und koaxial zueinander angeordnet und wenigstens so weit voneinander entfernt sind, wie der Durchmesset" des geschmolzenen Glases an der Auffallstelle· An der Scheibe

41 sind die Zähne 4lt rechtwinklig abgebogen und an der Scheibe

42 angeschweissfc. Um das Zuführen von Luft an das geschmolzene

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Glas von Gebieten aus der Nähe der Badwelle zu verhindern, ist zwischen der Welle und den Zähnen 40t eine Trennschicht in Form eines Ringzylinders 43 zwischen den beiden Scheiben 41 und 42 vorgesehen.

Einer der Vorteile des mechanischen Zerhackens besteht darin, daß die Glasperlen direkt aus einem Strom von geschmolzenem Glas erzeugt werden, welche eine etwas höhere Viscosität aufweisen kann, als dies bei den bisher bekannten Verfahren unter der Verwendung eines Glasstromes möglich war. Obwohl zur Er- " zielung eines Flusses an der .Auslaßöffnung des Sohmelzbehalters die Viscosität des Glases genügend niedrig sein muß, so kann dieselbe doch so hoch wie /50 Poise und selbst noch höher sein, ohne daß nennenswerte Mengen von Glaswolle oder anderer unerwünschter Nebenprodukte entstehen wurden. Aus diese« Grunde muß die Temperatur des geschmolzenen Glases am Auffallpunkt nicht so hoch wie bei den bisher bekannten Verfahren sein, d.h. sie kann in der Größenordnung von ungefähr 1150⁰C (2100°F) bis ca 1300⁰C (2400⁰F) bei den viscoseren Glassorten liegen. Die kombinierte Wirkung des mechanischen Zerhackerrades und der Enthit zungskammer erlaubt die Erzeugung von einwandfreien Glasperlen aus Natrium - Hfl.· k - Glas( sodalime-glass), sowie aus verschiedenen anderen Glassorten, welche bekanntermaßen bei der Herstellung von Glasperlen verwendet werden.

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Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls bei den weniger viscosen Glassorten bzw. "in Fällen verwendet werden, bei welchen das Glas auf höhere Temperaturen erhitzt wird· Unter diesen letzteren Bedingungen kann es in manchen Fällen möglich sein, daß allein durch die zerhackende Wirkung des mechanisch wirkenden Zerhackerrades 12 durch die starken Oberflächenspannungen kugelförmige Formen erhalten werden» so daß ein einwandfreies Produkt somit manchmal auch ohne die Verwendung τοη rohrförmigen Erhitzern 15 erreicht werden kann.

Als zusätzlichen Vorteil ergibt sich, daß das Zerhackerrad 12 unerwünschte Kühleffekte vermeidet, welche sich sehr oft bei den bisher bekannten Verfahren - beispielsweise bei der Art, bei welcher komprimierte Luft für die Zerstreuung des Glasstromes verwendet wird - nachteilig bemerkbar machen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen τon kugelförmigen Teilchen, insbesondere Glasperlen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahl geschmolzenen Glases auf ein mit Schaufeln (12t) versehenes, sich drehendes ZerhaoKerrad (12) zum Fallen gebracht wird, daß dadurch der Strahl in Tröpfchen zerteilt wird, das durch die Drehung des Zerhackerrades (12) die Tröpfchen in seitlicher Richtung derart beschleunigt werden,,daß sie auf ihrer langgezogenen Plugbahn zum Abkühlen und zum Verfestigen gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchen Tor dem Abkühlen durch eine Heizzone geführt wer-

den, in welcher die Tröpfchen erwärmt und durch Einwirkenlassen ihrer Oberflächenspannung kugelförmig gemacht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abkühlung und Verfestigung die Tröpfchen einem Ab-8Ch»CMTorgang untersogen werden.

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4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit geschmolzenem Glas gefüllter Behälter (10) rorgesehen ist, der in seinem Boden eine kreisförmige Ausflußöffnung aufweist, und daß unter» halb der Ausflußöffnung ein in Drehungen versetzbarer Zerhackerrad (12) Torgesehen ist, welches hinsichtlich seiner Lage unterhalb der Aueflußöffnung und seiner Drehgeschwindigkeit derart geregelt werden kann, daß beim Aufprall eines flüssigen Glasstrahles sich ein langgezogene flache Flugbahn der gebildeten Glaströpfchen ergibt.

5· Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Zerhackerrad (12) ein rohrförmlger Erhitzer mit diametral gegenüber liegenden Brennern (16) angeordnet ist.

6, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schußrichtung des Zerhackerrades (12) ein wahlweise mit Wasser, Äthylen, Propylen, Glykollösung oder Öl gefülltes Abschreckbad (20) angeordnet ist·

7. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerhackerrad (12) hinsichtlich seiner Position unterhalb der Ausflußöffnung des Behälters (10) und hinsichtlich seiner Drehgeschwindigkeit regulierbar ist.

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8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Welle (30) des Zerhaokerrades (12) Kühlflüssigkeit über Rohrleitungen (32) und wasserdichte Kupplungselement e(31) zuführbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Zerhackerrad (12) kreissägenförmig ausgebildet ist, wobei jedoch die Ausschnitte zwischen den einzelnen Zähnen seitlich nach auswärts gebogen sind.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerhackerrad (12) durch zwei kreisförmige parallel und koaxial zueinander liegende Scheiben (42) gebildet 1st und daß zwischen den beiden Scheiben (42) ein Hingzylinder (43) und darum herum angeordnete quardatische Zähne (4lt) vorgesehen sind.

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