DE169958C

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Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Blasen von Quarzglasgegenständen aus einer im elektrischen Widerstandsofen befindlichen geschmolzenen Quarzglasmasse. Da deren Schmelzpunkt außerordentlich hoch liegt, viel höher als derjenige von Silikat- und anderen Glasmassen, und da die Quarzglasschmelze entsprechend leicht erstarrt, so hat man bereits vorgeschlagen, mit demThe invention relates to a method for blowing quartz glass objects from a molten quartz glass mass located in the electric resistance furnace. Since their melting point is extremely high, much higher than that of Silicate and other glass masses, and since the quartz glass melt correspondingly solidifies slightly, so it has already been suggested with the

ίο Schmelzofen unmittelbar die Einrichtung zur Formung der Schmelze zu verbinden, so daß Schmelzung und Formung in unmittelbarem Anschluß erfolgen. Die Erfindung betrifft nun ein zweckmäßiges Verfahren dieser Art, indem der Quarzglasrohstoff auf einer gelochten Platte oder um einen gelochten stabförmigen Kern liegend geschmolzen wird, worauf, wie das bei gewöhnlichem Glas (besonders Silikatglas) bereits bekannt ist, die erweichte Masse durch einen Rahmen an die Platte oder durch geeignete Kneifzangen an zwei Stellen an den Kern fest angedrückt und zwischen die Platte (oder den Kern) und die erweichte Masse Preßluft durch die Lochungen der Platte oder des Kernes eingeblasen wird. Die Preßluft treibt die auf der Platte liegende Schmelze innerhalb des durch den Rahmen gegebenen Umrisses zu einem Hohlkörper auf oder die um den stabförmigen Kern liegende Schmelze zu einem den Kern umgebenden, an den Enden am Stabe anliegenden Hohlkörper. Die Erhitzung kann von außerhalb der Beschickung geschehen, oder auch, so, daß die Platte oder der Kern als elektrischer Heizwiderstand benutzt werden. ίο Melting furnace directly to the facility Forming the melt to combine, so that melting and forming in immediate Connection. The invention now relates to an expedient method of this type, by placing the quartz glass raw material on a perforated plate or around a perforated rod-shaped The core is melted lying down, whereupon, as is already known from ordinary glass (especially silicate glass), the softened mass with a frame on the plate or with suitable nippers two places firmly pressed against the core and between the plate (or the core) and the softened mass compressed air blown through the perforations of the plate or the core will. The compressed air drives the melt lying on the plate within the through the Frame given outline to form a hollow body or the melt lying around the rod-shaped core to form a core surrounding hollow body resting at the ends on the rod. The heating can done from outside the loading, or else so that the plate or the core can be used as an electrical heating resistor.

Auf den Zeichnungen veranschaulichenIllustrate on the drawings

Fig. ι und 2 in Längs- und Querschnitt einen Ofen, bei welchem beispielsweise die Erhitzung des Quarzglasrohstoffes durch den rohrförmigen Kern geschieht.Fig. Ι and 2 in longitudinal and cross section a furnace in which, for example, the The quartz glass raw material is heated by the tubular core.

Fig. 3 zeigt eine Zange, mittels welcher die geschmolzene Masse zusammengedrückt werden kann, um eine dichte Verbindung zwischen dem Heizkern und der Masse herzustellen. Fig. 3 shows a pair of tongs by means of which the molten mass are compressed can to create a tight connection between the heater core and the ground.

Fig. 4 zeigt einen Teil des Ofens nach Fig. ι nach dem Blasen.Fig. 4 shows part of the oven according to Fig. Ι after blowing.

Fig. 5 zeigt im Querschnitt einen Ofen, bei welchem das Erhitzen durch die das Schmelzgut tragende Platte geschieht.Fig. 5 shows in cross section a furnace in which the heating by the Plate carrying melt material happens.

Fig. 6 ist eine schaubildliche Ansicht einer zu dem Ofen Fig. 5 gehörigen Klemmvorrichtung. FIG. 6 is a perspective view of a clamping device associated with the FIG. 5 oven.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform einer solchen Vorrichtung.Fig. 7 shows another embodiment of such a device.

Fig. 8 ist ein Längsschnitt undFig. 8 is a longitudinal section and

Fig. 9 ein Querschnitt durch den Ofen, in welchem die Beheizung durch eine das zu schmelzende Material tragende Widerstandsplatte erfolgt.Fig. 9 is a cross section through the furnace, in which the heating by a to Resistance plate carrying melting material is carried out.

Fig. 10 ist ein Längsschnitt undFig. 10 is a longitudinal section and

Fig. 11 ein Querschnitt durch einen Ofen, in welchem das Schmelzgut in einem Gefäß erhitzt wird, durch dessen Wände der elekirische Heizstrom hindurchfließt.11 shows a cross section through a furnace, in which the melting material is heated in a vessel, through the walls of which the electrical Heating current flows through it.

Fig. 12 zeigt einen Ofen, bei welchem die Schmelzung der Quarzglasmasse durch eineFig. 12 shows a furnace in which the melting of the quartz glass mass by a

besondere darüber angeordnete, elektrisch erhitzte und lediglich durch Strahlung wirkende Widerstandsplatte bewirkt wird.special ones arranged above, electrically heated and acting only by radiation Resistance plate is effected.

Bei dem in Fig. ι und 2 dargestellten Ofen besteht der Heizkörper α aus einem ausgebohrten Graphit- oder Kohlenstabe mit einer oder mehreren Durchlochungen am Umfange, durch welche in den Kern eingeführte Luft mitten in die geschmolzene Masse b eintretenIn the furnace shown in Fig. Ι and 2, the heating element α consists of a drilled graphite or carbon rod with one or more perforations on the circumference, through which air introduced into the core enter the middle of the molten mass b

ίο kann und welche anfänglich leicht geschlossen werden können, um ein Verstopfen zu verhüten. Der rohrförmige Heizkörper α ist zwischen Polklemmen und Elektroden c aus Graphit oder Kohle befestigt, von denen eine, um einen Gaskanal zu schaffen, durchbohrt und mittels eines Gashahnes d an eine Druckluft- oder Gasquelle angeschlossen ist. Die Art der Zuleitung des Stromes zu den Polen ist nicht dargestellt, und die Stromzuführung kann in an sich bekannter Weise erfolgen.ίο can and which can be easily closed initially to prevent clogging. The tubular heating element α is fastened between pole terminals and electrodes c made of graphite or carbon, one of which is pierced to create a gas duct and connected to a compressed air or gas source by means of a gas tap d. The way in which the current is fed to the poles is not shown, and the current can be fed in in a manner known per se.

Die Formen / können an einer Eisenplatte e The forms / can be attached to an iron plate e

befestigt werden, die als Bett für den Ofen dient. Das zu schmelzende Gut kann mit lose aufgebautem Mauerwerk umgeben werden. Um vor dem Blasen den überschüssigen Sand zu entfernen, ist die untere Form mit einer Schiebetür g ausgestattet, durch welche der in den Formen befindliche nicht geschmolzene Sand ausfließen kann, worauf die Tür wieder geschlossen wird. Die obere Form kann in geeigneter Weise mit einem abnehmbaren Deckel versehen sein, um das Einfüllen von Sand vor dem Schmelzen zu erleichtern.that serves as a bed for the stove. The material to be melted can be surrounded with loosely built masonry. In order to remove the excess sand before blowing, the lower mold is equipped with a sliding door g , through which the unmelted sand in the molds can flow out, whereupon the door is closed again. The upper mold may suitably be provided with a removable lid to facilitate the filling of sand before melting.

Fig. 3 zeigt eine Zange h, vermittels welcher die geschmolzene Masse an jedem Ende an den Kern angedrückt werden kann, um eine gasdichte Verbindung zu sichern. Fig. 4, die einen Teil des Ofens nach Fig. 1 darstellt, zeigt diese Anwendung der Zange und zeigt zugleich die geschmolzene Masse so weit aufgeblasen,. daß sie die Form ausfüllt.3 shows a pair of tongs h by means of which the molten mass can be pressed against the core at each end in order to ensure a gas-tight connection. Fig. 4, which represents part of the furnace according to Fig. 1, shows this application of the tongs and at the same time shows the molten mass blown up so far. that it fills the form.

Als Beispiel für die Durchführung des Verfahrens diene folgendes: Man benutzt einen Graphitkern von 50 cm Länge und 3,5 cm äußerem Durchmesser, dessen Wände 0,5 cm stark sind, und legt diesen Kern in Glassand ein. Durch diesen Kern wird eine Stunde lang ein Strom von ungefähr 1200 Ampere und etwa 17 Volt hindurchgeschickt. Wenn alsdann die Schmelzung bewerkstelligt ist, werden die Zangen rings um die Enden des Kernes geschlossen und so ein dichter Abschluß hergestellt. Dasselbe kann auch erreicht werden durch Abkühlung der Kanten der geschmolzenen Masse, so daß sie an den Kanten festhaftet und keine Blasluft durchläßt. Der ungeschmolzene Sand im Ofen wird durch die Schiebetür g entfernt, und es wird allmählich Druckluft eingelassen, um die plastische Masse in die Formen / zu drücken, die aus einem Stoff bestehen, welcher die Temperatur an der Außenseite der geschmolzenen Masse auszuhalten vermag. Das fertig geblasene Erzeugnis wird alsdann herausgenommen und nach Wunsch fertiggestellt. The following serve as an example for carrying out the process: A graphite core 50 cm long and 3.5 cm outer diameter, the walls of which are 0.5 cm thick, is used, and this core is placed in glass sand. A current of about 1200 amps and about 17 volts is passed through this core for one hour. When the melting is then accomplished, the pincers are closed around the ends of the core and thus a tight seal is made. The same can also be achieved by cooling the edges of the molten mass so that it adheres to the edges and does not let air through. The unmelted sand in the furnace is removed through the sliding door g , and pressurized air is gradually introduced to push the plastic mass into the molds /, which are made of a substance which can withstand the temperature on the outside of the molten mass. The finished blown product is then removed and finished as desired.

Gemäß der Darstellung sind die Formen vor dem Schmelzen in der gewünschten Stellung befestigt; doch können sie offenbar auch unmittelbar vor dem Blasen in Stellung gebrächt werden, in welchem Falle die Ränder der Formen dicht an die geschmolzene Masse herangebracht werden können, ohne daß man eine Überhitzung zu befürchten braucht.As shown, the shapes are in the desired shape before melting Position fixed; but they can evidently also be in position just before blowing be used, in which case the edges of the molds close to the molten one Mass can be brought up without fear of overheating.

Bei der Ausführung der Beheizung durch elektrische Widerstanderhitzung ist es wichtig, einen geeigneten Stoff für den Heizkern zu besitzen, da ein Mangel an Homogenität in dem Kern eine recht erhebliche Reaktion zwischen der Kohle und der Kieselerde und daraus sich ergebende Bildung von Karborund und die Entwicklung von Kohlensäure infolge örtlicher Überhitzung zur Folge haben würde. Besteht der Kern aus einem hinreichend homogenen Stoff, so ist es durch geeignete Regelung der Temperatur und der Heizdauer möglich, die infolge örtlicher Einwirkung auftretende Gasentwicklung auf einen völlig außer Betracht kommenden Grad zu beschränken.When using electrical resistance heating, it is important to to have a suitable material for the heater core because of a lack of homogeneity in a quite considerable reaction between the coal and the silica and the core the resulting formation of carborundum and the development of carbonic acid as a result local overheating would result. The core consists of a sufficient homogeneous substance, it is possible by suitable regulation of the temperature and the heating duration, which are due to local effects to limit any gas evolution that occurs to a degree that is completely out of consideration.

Der in Fig. 5 dargestellte Heizkörper besteht aus einer Kohlen- oder Graphitplatte a, die in das zu schmelzende Gut eingebettet ist. Sie ist zwischen als Pole dienenden Blöcken i befestigt (Fig. 8), in welche die Elektroden c hineinreichen. Die Platte ist ungefähr in der Mitte durchlocht und gestattet den Durchtritt einer unabhängigen Röhre j aus geeignetem Stoffe, beispielsweise Kohle oder Graphit, die zweckmäßig am oberen Ende mit einem Flansch versehen ist, um ein Entweichen von Luft während des Blasens zu verhindern. Nach Vollendung des Schmelzens wird die Zwinge k, die in Fig. 6 in schaubildlicher Ansicht dargestellt ist, derart festgezogen, daß die Ränder der geschmolzenen Masse gegen die Platte α gedrückt werden, um ein Entweichen von Preßluft während des Blasens zu verhüten. Alsdann wird Druckluft eingelassen und so die geschmolzene Masse entweder, wie dargestellt, frei ausgedehnt oder in eine umgekehrte Form gedrückt, die mittels entsprechender Lappen an der Zwinge k befestigt werden kann. Die Klemmvorrichtung nach Fig. 7 besteht aus einem Paar zusammengelenkter Arme und an diesen befestigter Ringe von entsprechender Form.The heater shown in Fig. 5 consists of a carbon or graphite plate a, which is embedded in the material to be melted. It is fastened between blocks i serving as poles (FIG. 8) into which the electrodes c extend. The plate is perforated approximately in the middle and allows the passage of an independent tube j made of suitable material, for example carbon or graphite, which is suitably provided with a flange at the top to prevent air from escaping during blowing. After completion of the melting, the ferrule k, which is shown in perspective in Fig. 6, tightened so that the edges of the molten mass are pressed against the plate α in order to prevent escape of compressed air during the blowing. Compressed air is then let in and the molten mass is either freely expanded, as shown, or pressed into an inverted shape which can be attached to the clamp k by means of a corresponding flap. The clamping device according to FIG. 7 consists of a pair of articulated arms and rings of corresponding shape attached to them.

Benutzt man beispielsweise eine gepreßte Kohlenplatte von der Größe 46 cm χ 15,2 cmFor example, if you use a pressed carbon plate with a size of 46 cm χ 15.2 cm

X 0,8 cm, so leitet man einen Strom von ungefähr iooo Ampere und etwa 22 Volt durch diese Platte, bis eine genügende Menge des Schmelzgutes geschmolzen ist. Die oben angegebenen Zahlen sind natürlich nur als Durchschnittswerte zu betrachten, und je nach der verschiedenen Art der verwendeten Kohle sind verschiedene Abmessungen zu wählen. Es ist von Wichtigkeit, daß das Erhitzen nicht zu schnell geschieht, da sonst leicht eine Reaktion zwischen der Kohle oder dem Graphit und der Kieselerde auftreten könnte. Auch bei längerer Erhitzung kann dies der Fall sein, und es kann sich empfehlen, die Strommenge allmählich zu verringern, wenn ein längeres Erhitzen notwendig ist. Sobald das Schmelzen beendet ist, werden die Zangen oder Zwingen rings um die Ränder der geschmolzenen Masse festgezogen, und es wird Druckluft, wie oben beschrieben, in die Masse eingeführt.X 0.8 cm, a current of about 100 amps and about 22 volts is conducted through this plate until a sufficient amount of the melt has melted. The above given figures are of course only to be regarded as average values, and depending According to the different types of charcoal used, different dimensions are too Select. It is important that the heating does not happen too quickly, otherwise a reaction between the carbon or graphite and the silica is likely to occur could. This may also be the case with prolonged heating and it may be advisable to increase the amount of electricity gradually decrease if prolonged heating is necessary. Once the melting has ended the pincers or ferrules are tightened around the edges of the molten mass, and compressed air is applied, such as described above, introduced into the mass.

Gemäß Fig. 8 und 9 ist die Kohlenplatte a zwischen leitenden Blöcken i befestigt, in welche die Elektroden .c hineinreichen, und die Platte α wird hierbei von einer starken Platte / aus feuerfestem Stoffe getragen, die, wenn sie selbst ein ■ elektrischer Leiter ist, von der Heizplatte α durch eine Zwischenschicht eines feuerfesten Nichtleiters, wie Magnesia, getrennt ist. Die zu schmelzende Masse wird auf die Heizplatte aufgetragen, welche letztere für den Durchtritt eines unabhängigen Gasrohres j aus Kohle u. dgl. durchbrochen ist.According to FIGS. 8 and 9, the carbon plate a is fastened between conductive blocks i into which the electrodes .c extend, and the plate α is supported by a strong plate made of refractory material which, when it is itself an electrical conductor , is separated from the heating plate α by an intermediate layer of a refractory dielectric such as magnesia. The mass to be melted is applied to the heating plate, which the latter is perforated for the passage of an independent gas pipe j made of coal and the like.

Sobald die Schmelzung vollendet ist, wird die Formung der Masse bewerkstelligt, indem eine Form auf die geschmolzene Masse niedergedrückt und die letztere durch Druckluft oder -gas in die Form eingetrieben wird, wobei ein Entweichen von Preßluft durch den Druck der Form auf die geschmolzene Masse verhütet wird. Die betreffs des Stromes zu beachtenden Bedingungen sind dieselben wie die mit Bezug auf Fig. 5 beschriebenen.As soon as the melting is complete, the molding of the mass is accomplished by one mold is pressed onto the molten mass and the latter by compressed air or gas is driven into the mold, with an escape of compressed air through the pressure of the mold on the molten mass is prevented. As for the stream Conditions to be observed are the same as those described with reference to FIG. 5.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 und 11 ist die Menge des zu schmelzenden Gutes dadurch beschränkt, daß es in einen aus Platten α und Polstücken i gebildeten Raum eingeschlossen ist; durch das eine Polstück i wird der Strom zugeleitet, und es werden Wärmeverluste an der Oberfläche durch geeignete Deckplatten, zweckmäßig aus Kohle oder Graphit, die mit wärmeisolierendem Stoffe bedeckt sind, verhütet. Ist die eingeschlossene Masse durchweg geschmolzen , so wird die Decke abgenommen ' und die Masse durch Einblasen in Formen, wie mit Bezug auf Fig. 8 und 9 beschrieben, in die gewünschte Gestalt gebracht, wodurch ein auf beiden Seiten blankes Erzeugnis gewonnen wird.In the embodiment according to FIGS. 10 and 11, the amount of material to be melted is limited in that it is enclosed in a space formed from plates α and pole pieces i; the current is fed through one pole piece i , and heat losses on the surface are prevented by suitable cover plates, expediently made of carbon or graphite, which are covered with heat-insulating materials. If the enclosed mass is completely melted, the cover is removed and the mass is brought into the desired shape by blowing it into molds, as described with reference to FIGS. 8 and 9, whereby a product which is bare on both sides is obtained.

Gemäß der Darstellung Fig. 12 ist eine besondere Heizplatte α zwischen Graphitpolstücken i befestigt, in welche die Elektroden c hineinragen, und bildet eine Decke möglichst dicht über dem zu schmelzenden Gute, das unmittelbar darunter in einem Gefäß e von bestimmter Form untergebracht ist, so daß es durch Strahlung von der Platte aus erhitzt werden kann. Anstatt nur einer Platte a können auch mehrere hintereinander oder parallel geschaltete Heizplatten angewendet werden. Wie in dem Falle der Fig. 8 und 9 wird nur eine Seite der Platte α benutzt, während auf die andere ein feuerfester Stoff, beispielsweise Magnesia, aufgebracht ist.According to the illustration in FIG. 12, a special heating plate α is fastened between graphite pole pieces i , into which the electrodes c protrude, and forms a cover as close as possible over the material to be melted, which is accommodated immediately below in a vessel e of a certain shape, so that it can be heated by radiation from the plate. Instead of just one plate a , several heating plates connected in series or in parallel can also be used. As in the case of FIGS. 8 and 9, only one side of the plate α is used, while a refractory material, for example magnesia, is applied to the other.

Das Gefäß e ruht auf einem Radgestell, das die untere Hälfte des Ofens bildet. Wenn die Schmelzung beendet ist, wird das Radgestell zurückgezogen, und dadurch werden die Heizplatten vom unteren Teile des Ofens getrennt und die bildsame Masse in eine Lage gebracht, in welcher sie durch Luftdruck, der durch das unabhängige Rohr j Zutritt hat, geformt werden kann. Wärme-Verluste werden durch einen Deckel von Kohle oder Graphit verhütet, der eine dicke Schicht von wärmeisolierendem Stoffe trägt. Beispielsweise kann man eine Kohlenplatte von 45 cm Länge, 15 cm Breite und 0,8 cm Dicke benutzen und einen Strom von ungefähr 1500 Ampere und 22 Volt hindurchleiten, bis die ganze Masse in einen bildsamen Zustand gebracht ist.The vessel e rests on a wheel frame that forms the lower half of the furnace. When the melting is complete, the wheel frame is withdrawn, thereby separating the heating plates from the lower part of the furnace and placing the malleable mass in a position in which it can be shaped by air pressure which is admitted through the independent tube j. Heat losses are prevented by a cover made of carbon or graphite, which has a thick layer of heat-insulating material. For example, you can use a carbon plate 45 cm long, 15 cm wide and 0.8 cm thick and pass a current of about 1500 amps and 22 volts through it until the whole mass is brought into a malleable state.

Falls man das Schmelzen in bekannter Weise durch Wärmestrahlung bewirkt, ist offenbar, da das Schmelzgut nicht in Berührung mit der Heizfläche steht, die Gefahr einer chemischen Reaktion zwischen der Heizfläche und der Oberfläche der bildsamen Masse nicht vorhanden; ferner ist klar, daß in dem Falle,, wo die bildsame Masse in einem Kohlenbehälter eingeschlossen ist, die Temperatur des letzteren nicht höher als die der geschmolzenen Quarzglasmasse ist und dementsprechend die Reaktion auf das Mindestmaß beschränkt bleibt.If the melting is effected in a known manner by thermal radiation, is evidently, since the melting material is not in contact with the heating surface, the danger a chemical reaction between the heating surface and the surface of the plastic Mass not available; It is also clear that in the case where the malleable mass is in is enclosed in a charcoal container, the temperature of the latter is not higher than that of the molten quartz glass mass and, accordingly, the reaction to the minimum remains limited.

Es versteht sich von selbst, daß die oben beschriebenen Verfahrensweisen zur Behandlung reinen Quarzsandes auch zur Bearbeitung von solchen Rohstoffen benutzt werden können, die einen so hohen Prozentgehalt von Quarzsand besitzen, daß sie wegen ihrer Strengflüssigkeit möglichst in unmittelbarem Anschluß an die Schmelzung geformt werden müssen.It goes without saying that the procedures described above for treatment pure quartz sand can also be used to process such raw materials can that have such a high percentage of quartz sand that they are as close as possible because of their rigorous liquid Connection to the melt must be shaped.

Claims

Patent-to sayings:

i. Process for blowing quartz glass objects from an in the electrical Resistance furnace located mass, characterized in that the melting

is melted well on a perforated plate (a) or lying around a perforated core (a, Fig. 1 to 11), whereupon the softened mass is pressed along a closed outline against the plate or in two places against the core or held in an airtight contact and is expanded by means of the compressed air blown through the perforations.

2. Device for carrying out the method according to claim i, characterized in that that the plate or the core also forms the electrical resistance.

3. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 with an electric heater acting only by radiation, characterized in that a parallel plate (a, Fig. 12) corresponding in outline and parallel to the perforated base plate serves as the heater with the smallest possible spacing.

1 sheet of drawings.