DE1596643C - Verfahren und Vorrichtung zum Herstel len von kugelförmigen Teilchen, insbeson dere von Glasperlen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein F i g. 7 eine schematische Schnittansicht eines Teil-Verfahren zum Herstellen von ' kugelförmigen Teil- elementes eines modifizierten Zerhackerrades für die chen, insbesondere von Glasperlen. Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung

Bis zum heutigen Tage wurden Glasperlen dadurch zeigt.

erzeugt, daß Glasteilchen einer Flamme innerhalb 5 In dem folgenden soll auf die F i g. 1 und 2 Bezug eines Rohres bzw. innerhalb eines Kamines aus- genommen werden, in welchen ein Glasschmelzgefäß gesetzt werden, in welchem ein nach aufwärts ge- ■ oder ein ähnljcher Behälter 10 gezeigt ist, welcher richteter, die Glasteilchen tragender Gasstrom aus- eine kreisförmige Ausflußöffnung aufweist, durch gebildet ist. Andere bekannte Verfahren für die Her- welche ein Strahl von geschmolzenem Glas 11 verstellung von Glasperlen beruhen darauf, -daß ein ίο tikal abwärts auf ein durch einen Motor 13 angetrie-Gasstrom — beispielsweise Luft — in einen Strom benes Zerstäubungselement 12 fällt. Das Zerstäugeschmolzenen Glases geblasen wird, wodurch bungselement 12 ist eine mit vielen Schaufeln verletzterer in einzelne Teilchen zersprüht, wird. Dabei " sehene drehbare Scheibe,' welche im folgenden als wird in manchen Fällen noch zusätzlich, Wärme zu- »Zerhackerrad« bezeichnet wird. Das auf die äußere geführt. · . *5 Umfangsfläche im drehbaren Bereich des im vor-

Diese bisher bekannten Verfahren hatten jedoch liegenden Fall im Uhrzeigersinn sich drehenden Zenden Nachteil, daß die Größe der erzeugten Glasperlen hackerrades 12 fallende "geschmolzene Glas wird in nur in einem sehr engen Bereich reguliert werden einem Strahl 14« von einzelnen Teilchen oder Tröpfkonnte. Ferner war es nötig, die Temperatur des chen aufgespalten. Der Strahl von Teilchen schießt geschmolzenen Glases sehr hoch zu halten, damit der 20 dann durch einen rohrförmigen Erhitzer 15, der Strahl von geschmolzenem Glas eine genügend große innerhalb \ler Heizzone eine genügend hohe Tempe-Viskosität aufweist. ratur aufrechterhält, damit die Teilchen· weich genug

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein bleiben und auf Grund ihrer Oberflächenspannung Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die diese kugelförmige Tropfen 15 b bilden,
vorher genannten Nachteile nicht aufweist und bei 25 Auf Grund der durch die Schaufeln des Zerweicher die Größe der erzeugten Glasperlen über hackerrades 12.ausgeübten Kraft werden die kleinen einen sehr weiten Bereich reguliert werden kann. Kugeln bzw; Kügelchen nach dem Verlassen des

ErfiTjdungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Erhitzers 15 weit genug noch durch die Atmosphäre ein Strahl geschmolzenen Glases auf ein mit Schau- geschleudert, wobei dieselben sich abkühlen und verfein versehenes, sich drehendes Zerhackerrad zum 30 .festigen. Auf Grund der Schwerkraft fallen die Teil-Fallen gebracht wird, daß dadurch der Strahl in ■ chen anschließend in ein Abschreckbad 20.
Tröpfchen zerteilt wird und daß durch die Drehung Das Abschreckbad 20 kann mit einem geeigneten des Zerhackerrades die Tröpfchen in seitlicher Rieh- Abschreckmittel gefüllt sein, welches" aus Wasser, tung derart beschleunigt· werden, daß sie auf ihrer Äthylen, Propylen, Glykollösung, öl oder mit einer langgezogenen Flugbahn .zum Abkühlen und zum 35 anderen geeigneten Flüssigkeit bestehen kann. Das Verfertigen gebracht werden. Abschreckbad kann mit einem geeigneten Kühlgerät,

Eine vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrich- beispielsweise einem Wärmeaustauscher, über Leitung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- tungen 21 verbunden sein. Die abgeschreckten Glasfahrens besteht darin, daß ein mit geschmolzenem perlen werden dann über ein Transportband 23 einer Glas gefüllter Behälter vorgesehen ist, der in seinem 40 weiteren Transporteinrichtung 22 zugeführt, welche Boden eine kreisförmige Ausflußöffnung aufweist, dieselbe an eine beliebig wählbare Stelle weiterbe- und daß unterhalb der AusflußöiTnung ein in Drehun- fördert.

gen versetzbares Zerhackerrad vorgesehen ist, welches So wie dies am besten aus F i g. 2 erkennbar ist, "

hinsichtlich seiner Lage unterhalb der Ausflußöffnung besteht der Erhitzer 15 aus einerRöhre 15 a, die mit

und seiner Drehgeschwindigkeit derart geregelt wer- 45 Heizelementen in der Form von unter niederem den kann, daß beim Aufprall eines flüssigen Glas- .. Druck- brennenden, über die Oberfläche der Röhre

Strahles sich eine langgezogene flache Flugbahn der verteilten Brennern 16 versehen ist. Die Brenner 16

gebildeten Glaströpfchen ergibt. " sind über Leitungen 17 miteinander verbunden, wo-

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand bei eine Speiseleitung 18 für eine Verbindung mit

eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und be- 50 einer geeigneten Quelle von Naturgas vorgesehen ist.

schrieben werden, wobei auf die Zeichnungen Bezug Bei der dargestellten Ausführungsform sind die

genommen wird, in welchen Brenner vorzugsweise diametral gegenübergesetzt,

Fig.l eine allgemeine — zum Teil schema- damit die innerhalb der Röhre 15 α auftretenden

tische — Seitenansicht einer Vorrichtung für die Turbulenzen so klein wie möglich gehalten werden.

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 55 Der Erhitzer 15. kann aus Stahl odsr einem anderen

zeigt, geeigneten Material angefertigt sein. Sollte dies ge-

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht der in Fig. 1 wünscht sein, kann am Eingang des Erhitzers 15 zugezeigten Vorrichtung für die Darstellung gewisset sätzlich Wärme mit Hilfe von'einem oder mehreren Einzelheiten zeigt, Brennern zugeführt werden, um einen durch den

F i.g. 3 eine schematische Ansicht für die relative 60 Erhitzer 15 hindurch gerichteten Strom heißer Ver-

Lage von Einzelteilen von der in F i g. 1 gezeigten brennungsgase zu schaffen, wodurch die Wärmever-^V

Vorrichtung zeigt, teilung innerhalb dieser Röhre noch verbessert wird.

Fig.4eineDarstellungderSchaufelelementedesdie ■ Der durch diese Brenner erzeugte Fluß dient eben-

Glaszcrsläubung erwirkenden Zerhackerrades zeigt, falls dazu, die innerhalb des Erhitzers 15 erzeugte

F i g. 5 eine seitliche Ansicht eines Teiles des in 65 Wärme von dem Zerhackerrad 12 fernzuhalten und

F i g. 4 gezeigten Zerhackerrades zeigt, die Wärme im entfernteren Teil des Erhitzers 15 zu

Fig. ή cine Draufsicht auf das in Fig. 5 gezeigte konzentrieren.

RadlcildeineiU zeigt und So wie am besten aus Fig. 3 zu erkennen ist, fällt

der Strom geschmolzenen Glases 11 auf das Zerhackerrad 12 in dem ansteigenden Teil desselben. Das Rad kann horizontal verstellbar angeordnet sein, so wie dies durch die Pfeile a-a angezeigt ist. Dadurch kann der Auffallpunki des" geschmolzenen Glasslromes auf dem Zerhackerrad 12 verstellt werden. Da die einzelnen Teilchen tangential von der Peripherie des Zcrhackerrades 12 weggeschleudert wercen, muß der Auffallpunkt so gewählt sein, daß sich eine geeignete Flugbahn ergibt. Bei im Uhrzeigersinn verlaufender .Rotation sollte dieser Punkt bei den verschiedenen Anwendungsbeispielen 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 Glasperlen erzeugt werden sollen, muß die Flugbahn verlängert werden, damit die Abkühlzeit vergrößert wird.. -

Die Größe der Glasperlen ist eine Funktion 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 Irleugten Glasperlen hat, wie eine Veränderung der Geschwindigkeit des Zerhackerrades 12, so ergibt sich trotzdem bei verringerter Flußgeschwindigkeit eine verringerte Glasperlengröße und umgekehrt.

Bis zum heutigen Tag. ergaben sich Schwierigkeiten bei der Herstellung von größeren Glasperlen, wobei diese Schwierigkeiten insbesondere bei jenem Herstellungsprozeß auftreten, bei welchem die Glasperlen während ihrer Ausbildung zu Kugeln von einem innerhalb einer vertikalen Röhre bzw. Kamines gebildeten Gasstrom getragen werden. Durch geeignete Einstellung der Glasflußgeschwindigkeit 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 selbst größer haben. Im allgemeinen kennen mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Glasperlen in dem sehr weiten Bereich von ungefähr 0,6 mm '(0,025 inches) bis ungefähr 5 mm (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 durchdieselbe eine Kühlflüssigkeit hindurchgeführt werden kann. Wie in F i g» 4 gezeigt ist, ist die hohe Welle 30 an dem Zerhackerrad 12 mit Hilfe wasserdichter drehbarer Kupplungselemente 31 oder ähnlicher Elemente befestigt und über Rohre oder Leitungen 32 mit einer kühlen Flüssigkeitsquellc verbunden.

Die Zähne 12 ί des in den seitlichen Ansichten der F i g. 2, 3 und 5 gezeigten Zerhackerrades 12 haben eine axiale Ausdehnung," die zweckmäßigerweise wenigstens so groß ist und vorzugsweise etwas größer als der Durchmesser des geschmolzenen Glasstromes am Auffallpunkt. Das Zerhackerrad !2 ähnelt in sehr starkem Maß einem Blatt einer Kreissäge. Es soll jedoch hervorgehoben werden, daß die Ausschnitte zwischen den einzelnen Zähnen nach auswärts gebogen sind, wie dies in F i g. 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 besieht, 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 F i g. 1 bis 6 gezeigten Ausführungsform sind die Zähne bzw. Schaufeln 12 d 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 Fig. 7 dargestellten Modifikation eines Zerhackerrades 40 sind quadratische Zähne 4Oi 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 Durchmesser des geschmolzenen Glases an der Auffallstelle. An der Scheibe 41 sind die Zähne 41/ rechtwinklig abgebogen und an der Scheibe 42 angeschweißt. Uni das Zuführen von Luft an das geschmolzene Glas von Gebieten aus der Nähe der Radwelle zu verhindern, ist zwischen der Welle und den, Zähnen 401 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 Viskosität aufweisen kann, als dies bei den bisher bekannten Verfahren unter der Verwendung eines Glasstromes möglich war. Obwohl zur Erzielung eines Flusses' an der Auslaßöffnung des Schmelzbehälters die Viskosität 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 anderen ■ unerwünschten Nebenprodukten entstehen würden. Aus diesem 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 1150° C (2100° F) bis etwa 1300° C (2400 F) bei den viskoseren Glassorten liegen. Die kombinierte Wirkung des mechanischen Zerhackerrades und der Enthitzungskammer erlaubt die Erzeugung von einwandfreien Glasperlen aus Soda—Kalk—Glas (sodalime-glass), sowie aus verschiedenen anderen Glassorten, welche bekanntermaßen bei der Herstellung von Glasperlen verwendet werden.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls bei den weniger viskosen 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 Zerh.ickerrades 12 durch die starken Oberflächenspannungen kugelförmige Formen erhalten werden, so daß ein einwandfreies Produkt somit manchmal auch ohne die Verwendung von rohrförmigen Erhitzern 15 erreicht werden kann.

Als zusätzlichen Vorteil ergibt sich, daß das Zerhackerrad 12 unerwünschte Kühleflekte "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.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von kugelförmigen ' Teilchen, insbesondere von Glasperlen, d a . durch gekennzeichnet, daß ein Strahl ge- ίο schmolzenen Glases auf ein mit Schaufeln (121) versehenes, sich drehendes Zerhackerrad (12) fallengelassen wird, daß dadurch der Strahl in Tröpfchen zerteilt wird und daß durch die Drehung des Zerhackerrades (12) die Tröpfchen in seitlicher Richtung derart beschleunigt werden, daß sie auf ihrer langgezogenen Flugbahn zum Abkühlen und zum Verfestigen gebracht "werden. ■

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchen vor dem Abkühlen durch eine Heizzone geführt werden, 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 Abschreckvorgang unterzogen werden.

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

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Zerhackerrad (12) ein rohrförmiger Erhitzer mit diametral gegenüberliegenden 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 unter-' halb der Ausflußöffnung des Behälters (10) und hinsichtlich seiner Drehgeschwindigkeit regulier-

"barist. " ' ". .

8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Welle (30) des Zerhackerrades (12)

. Kühlflüssigkeit über Rohrleitungen (32) und wasserdichte Kupplungselemente (31) zuführbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zer-

' hackerrad (12) kreissägenförmig ausgebildet ist, wobei jedoch die Ausschnitte zwischen den einzelnen Zähnen seitlich nach auswärts gebogen sind. . ; - '

10. 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 ist und daß zwischen den beiden Scheiben (42) ein Riögzylinder (43) und darum herum angeordnete quadratische Zähne (4Ii) vorgesehen sind. . ■ ·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen